DE112016005476T5

DE112016005476T5 - Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssystem für Stromkreisunterbrecher

Info

Publication number: DE112016005476T5
Application number: DE112016005476.9T
Authority: DE
Inventors: Benjamin Avery Freer; Stephan P. Iannce; Joseph Michael Manahan
Original assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Current assignee: Eaton Intelligent Power Ltd
Priority date: 2015-12-28
Filing date: 2016-12-09
Publication date: 2018-08-09
Also published as: US20170184675A1; MX2018007217A; WO2017116655A1; CA3009862A1

Abstract

Ein System kann mindestens einen Stromkreisunterbrecher aufweisen. Das System kann auch ein Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(PHM)-System aufweisen. Das PHM-System kann mindestens eine Messvorrichtung aufweisen, die mindestens einen Parameter misst, der mit dem mindestens einen Stromkreisunterbrecher assoziiert ist. Das PHM-System kann auch eine Steuereinrichtung aufweisen, die Messungen empfängt, die von der mindestens einen Messvorrichtung durchgeführt werden, und die die Messungen analysiert, um eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers zu evaluieren. Die Messungen können durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.

Description

VERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht gemäß 35 U.S.C. §119 die Priorität der am 28. Dezember 2015 eingereichten vorläufigen US-Patentanmeldung mit der Seriennummer 62/271,777 und mit dem Titel „Prognostic and Health Monitoring Systems for Circuit Breakers“, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin aufgenommen wird.
GEBIET DER TECHNIK
Die vorliegende Offenbarung betrifft allgemein Stromkreisunterbrecher, und genauer Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher.
HINTERGRUND
Stromkreisunterbrecher sind Vorrichtungen, die verwendet werden, um eine Strombahn zu öffnen, um zu verhindern, dass Leistung zu nachgelagerten elektrischen Vorrichtungen fließt. Ein Stromkreisunterbrecher ist im Wesentlichen ein Schalter. Auch wenn ein Stromkreisunterbrecher von einem Anwender manuell geöffnet und geschlossen werden kann, ist die Hauptfunktion eines Stromkreisunterbrechers, sich während ungünstiger elektrischer Bedingungen (z.B. während einer Überlast, eines Kurzschlusses) zu öffnen. Wenn ein Stromkreisunterbrecher während einer solchen ungünstigen elektrischen Bedingung ausfällt, können die Folgen katastrophal sein.
KURZFASSUNG
Im Allgemeinen betrifft die Offenbarung ein System. Das System kann mindestens einen Stromkreisunterbrecher aufweisen. Das System kann auch ein Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(Prognostic and Health Monitoring, PHM)-System aufweisen. Das PHM-System kann mindestens eine Messvorrichtung aufweisen, die mindestens einen Parameter misst, der mit dem mindestens einen Stromkreisunterbrecher assoziiert ist. Das PHM-System kann auch eine Steuereinrichtung aufweisen, die Messungen empfängt, die von der mindestens einen Messvorrichtung durchgeführt werden, und die die Messungen analysiert, um eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers zu evaluieren. Die Messungen können durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.
In einem anderen Aspekt kann die Offenbarung allgemein ein Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(PHM)-System betreffen. Das PHM-System kann mindestens eine Messvorrichtung aufweisen, die dafür ausgelegt ist, mindestens einen Parameter zu messen, der mit mindestens einem Stromkreisunterbrecher assoziiert ist. Das PHM-System kann auch eine Steuereinrichtung aufweisen, die dafür ausgelegt ist: ist, Messungen zu empfangen, die von der mindestens einen Messvorrichtung durchgeführt werden, und die Messungen zu analysieren, um eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers zu evaluieren. Die Messungen können durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.
In einem anderen Aspekt kann die Offenbarung allgemein eine Steuereinrichtung zum Evaluieren einer Arbeitsleistung eines Stromkreisunterbrechers betreffen. Die Steuereinrichtung kann einen Speicher, der eine Anzahl von Befehlen enthält, und einen Hardware-Prozessor, der die Befehle ausführt, aufweisen. Die Steuereinrichtung kann auch eine Control Engine aufweisen, die den Befehlen folgt, indem sie eine Messung von mindestens einer Messvorrichtung empfängt, wobei die Messvorrichtung mit mindestens einem Stromkreisunterbrecher assoziiert ist, die Messung im Zusammenhang mit mindestens einem Algorithmus analysiert und auf Basis der Analyse der Messung eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers bestimmt. Die Messung kann durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.
Diese und andere Aspekte, Ziele, Merkmale und Ausführungsformen werden aus der folgenden Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen deutlich werden.
Figurenliste
Die Zeichnungen zeigen nur Ausführungsbeispiele und sind daher nicht als Beschränkung eines Bereiches zu betrachten, da die Ausführungsbeispiele andere gleichermaßen wirksame Ausführungsformen zulassen können. Die in den Zeichnungen gezeigten Elemente und Merkmale sind nicht unbedingt maßstabsgerecht, da stattdessen ein Schwerpunkt auf die Darstellung der Prinzipien der Ausführungsbeispiele gelegt wird. Außerdem können bestimmte Abmessungen oder Positionierungen übertrieben dargestellt sein, um die visuelle Vermittlung solcher Prinzipien zu unterstützen. In den Zeichnungen bezeichnen Bezugszahlen ähnliche oder entsprechende, aber nicht unbedingt identische Elemente.

1 zeigt eine Umhausung, in der die Stromkreisunterbrecher angeordnet sind.
Die 2 und 3 zeigen Stromkreisunterbrecher, die eine Verschlechterung durchgemacht haben und die in Gefahr sind, ihre Funktion einzubüßen.
4 zeigt eine Systemskizze eines Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssystems für Stromkreisunterbrecher gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen.
5 zeigt eine Rechenvorrichtung gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen.
6 zeigt eine Temperaturmessvorrichtung und eine entsprechende Ausgabe, die mit Ausführungsbeispielen verwendet wird.
Die 7 und 8 zeigen Graphen auf Basis eines Algorithmus für die Überwachung des Zustands eines Stromkreisunterbrechers gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen.
9 zeigt ein System zum Überwachen von Stromkreisunterbrechern gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Im Allgemeinen geben Ausführungsbeispiele Systeme, Verfahren und Vorrichtungen für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher an. Beispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher bieten eine Anzahl von Vorteilen. Diese Vorteile sind unter anderem die Verhinderung eines plötzlichen Ausfalls von Stromkreisunterbrechern in kritischen Anwendungen, eine längere nutzbare Lebensdauer von Stromkreisunterbrechern, die Ermöglichung von präventiven Instandhaltungspraktiken, eine verbesserte Fehlerursachendiagnose von Ausfällen von Stromkreisunterbrechern, reduzierte Betriebskosten und die Einhaltung von Industrienormen, die für Stromkreisunterbrecher gelten, die in bestimmten Umgebungen angeordnet werden.
Zum Beispiel können Ausführungsformen Vorausberechnungen für die restliche nutzbare Lebensdauer eines Stromkreisunterbrechers oder von Komponenten davon auf Basis tatsächlicher (z.B. aus der Vergangenheit stammender, Echtzeit-) Daten für einen bestimmten Stromkreisunterbrecher, für eine bestimmte Art von Stromkreisunterbrecher, für eine bestimmte Umgebung, in der Stromkreisunterbrecher angeordnet werden, für eine bestimmte Marke eines Stromkreisunterbrechers und/oder für irgendwelche anderen Kategorisierungen von Stromkreisunterbrechern erzeugen. Ausführungsbeispiele können das Versagen eines Stromkreisunterbrechers (oder von Komponenten davon) voraussagen, um die Sicherheit industrieller Umgebungen, in denen der Stromkreisunterbrecher angeordnet wird, zu verbessern. Ausführungsbeispiele tragen auch dazu bei, eine effiziente Zuordnung von Wartungsressourcen innerhalb einer Anlage sicherzustellen. Ausführungsbeispiele können einem Anwender ferner Optionen für die Verlängerung der Nutzungsdauer eines Stromkreisunterbrechers oder von Komponenten derselben bereitstellen. Umhausungen, mit denen Ausführungsbeispiele verwendet werden, können für häusliche, kommerzielle und/oder industrielle Anwendungen geeignet sein.
In manchen Fällen können die hierin offenbarten Ausführungsbeispiele in einer beliebigen Art von nichtgefährlichen Umgebungen verwendet werden. Alternativ dazu können Ausführungsbeispiele in irgendeiner gefährlichen Umgebung verwendet werden, unter anderem in einem Flugzeughangar, eine Bohranlage (beispielsweise für Öl, Gas oder Wasser), einer Produktionsanlage (beispielsweise für Öl oder Gas), einer Raffinerie, einer Chemieanlage, einem Kraftwerk, einem Bergbaubetrieb, einer Abwasserbehandlungsanlage und einem Stahlwerk. Hierin beschriebene Stromkreisunterbrecher können für jede Art von Spannung (z.B. Wechselspannung, Gleichspannung) ausgelegt sein. Außerdem können die hierin beschriebenen Stromkreisunterbrecher für jeden Spannungspegel (z.B. 120V, 480V, 4kV) ausgelegt sein und eine beliebige Anzahl von Polen aufweisen (z.B. einen, drei). Ein Anwender kann jede Person sein, die mit Stromkreisunterbrechern zu tun hat. Beispiele für einen Anwender können unter anderem einen Ingenieur, einen Elektriker, einen Instrumenten- und Steuerungstechniker, einen Mechaniker, einen Bediener, einen Berater, ein Bestandsverwaltungssystem, einen Bestandsmanager, eine Regulierungsbehörde, einen Vorarbeiter, ein Personaleinsatzplanungssystem, einen Vertragsnehmer und einen Herstellervertreter einschließen.
Die hierin beschriebenen Stromkreisunterbrecher und Beispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme (oder deren Komponenten, einschließlich von Steuereinrichtungen) können aus einem oder mehreren einer Anzahl geeigneter Materialien bestehen, damit der Stromkreisunterbrecher und/oder andere zugehörige Komponenten eines Systems (z.B. eine Umhausung, in der der ein Stromkreisunterbrecher angeordnet wird) bestimmten Normen und/oder Vorschriften genügen, und dabei auch die Haltbarkeit angesichts der einen oder der mehreren Bedingungen, denen die Stromkreisunterbrecher und/oder andere zugehörige Komponenten des Systems ausgesetzt sein können, aufrechtzuerhalten. Beispiele für solche Materialien können unter anderem Aluminium, Edelstahl, Glasfaser, Glas, Kunststoff, Keramik und Gummi einschließen.
Hierin beschriebene, als Beispiele angegebene Stromkreisunterbrecher (oder Abschnitte davon) und Beispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme können aus einem einzigen Stück hergestellt sein (beispielsweise anhand eines Form-, Spritzgieß-, Druckgieß- oder Extrusionsprozesses). Außerdem oder alternativ dazu können als Beispiele angegebene Stromkreisunterbrecher (oder Abschnitte davon) und als Beispiel angegebene Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme aus mehreren Stücken bestehen, die mechanisch miteinander gekoppelt sind. In einem solchen Fall können die mehreren Stücke unter Verwendung eines oder mehrerer von einer Anzahl von Verbindungsmethoden mechanisch miteinander verbunden werden, unter anderem mit Epoxid, durch Schweißen, durch Befestigungsvorrichtungen, durch Klemmverschraubungen, durch Gegengewinde und durch Langlochbefestigungen. Ein oder mehrere Stücke, die mechanisch miteinander verbunden sind, können auf eine oder mehrere von einer Anzahl von Weisen miteinander verbunden sein, unter anderem fest, gelenkig, lösbar, verschiebbar und schraubbar.
In den obigen Figuren, die Ausführungsbeispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher zeigen, kann mindestens eine von den gezeigten Komponenten weggelassen, wiederholt und/oder ersetzt sein. Demgemäß sollten Ausführungsbeispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher nicht als beschränkt auf die konkreten Anordnungen von Komponenten, die in einer der Figuren gezeigt sind, verstanden werden. Zum Beispiel können Merkmale, die in einer oder mehreren Figuren gezeigt oder unter Bezugnahme auf eine Ausführungsform beschrieben sind, auf eine andere Ausführungsform angewendet werden, die einer anderen Figur oder Beschreibung zugeordnet ist.
Wenn ferner eine Komponente einer Figur beschrieben wird, aber in dieser Figur nicht ausdrücklich gezeigt oder bezeichnet ist, kann die Bezeichnung, die für eine entsprechende Komponente in einer anderen Figur verwendet wird, auf diese Komponente übertragen werden. Wenn dagegen eine Komponente in einer Figur eine Kennung hat, aber nicht beschrieben wird, kann die Beschreibung für eine solche Komponente der Beschreibung für die entsprechende Komponente in einer anderen Figur im Wesentlichen gleich sein. Das Nummerierungsschema für die verschiedenen Komponenten in den Figuren hierin ist so, dass jede Komponente eine drei- oder vierstellige Zahl ist und dass bei entsprechenden Komponenten in anderen Figuren zumindest die letzten zwei Stellen gleich sind.
Außerdem bedeutet eine Angabe, dass eine bestimmte Ausführungsform (wie z.B. in einer Figur hierin gezeigt) ein bestimmtes Merkmal oder eine bestimmte Komponente nicht aufweist, nicht, dass eine solche Ausführungsform ein solches Merkmal oder eine solche Komponente nicht aufweisen könnte, wenn dies nicht ausdrücklich so angegeben ist. Zum Beispiel kann für die Zwecke der vorliegenden oder künftiger Ansprüche hierin ein Merkmal oder eine Komponente, das bzw. die laut Beschreibung nicht in einem Ausführungsbeispiel enthalten ist, das in einer oder mehreren konkreten Zeichnungen gezeigt ist, in einem oder mehreren Ansprüchen enthalten sein, die dieser einen oder diesen mehreren konkreten Zeichnungen hierin entsprechen.
Auch wenn hierin beschriebene Ausführungsformen auf Stromkreisunterbrecher gerichtet sind, können Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme auch auf beliebige Vorrichtungen und/oder Komponenten angewendet werden, unabhängig davon, ob solche Vorrichtungen und/oder Komponenten in einer Umhausung angeordnet sind. Wie hierin definiert, ist eine Umhausung (manchmal auch als elektrische Umhausung bezeichnet) irgendeine Art von Schrank oder Gehäuse, in dem elektrische, mechanische, elektro-mechanische und/oder elektronische Geräte angeordnet werden. Solche Geräte können unter anderem einen Stromkreisunterbrecher, eine Steuereinrichtung (auch als Steuermodul bezeichnet), einen Hardware-Prozessor, eine Leistungsquelle (z.B. eine Batterie, einen Treiber, ein Vorschaltgerät), ein Sensormodul, eine Sicherheitsbarriere, einen Sensor, eine Sensorschaltung, eine Lichtquelle, elektrische Kabel und elektrische Leiter einschließen. Beispiele für eine elektrische Umhausung können unter anderem ein Unterbrecherfeld, einen Motorschaltschrank, einen Verteilerkasten, einen Motorschaltschrank, ein elektrisches Gehäuses, eine Leitung, eine Steuertafel, eine Anzeigetafel und einen Steuerschrank einschließen.
In bestimmten Ausführungsbeispielen müssen Stromkreisunterbrecher und/oder Umhausungen, in denen Stromkreisunterbrecher angeordnet werden, für die Beispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme verwendet werden, bestimmten Normen und/oder Anforderungen genügen. Zum Beispiel geben der National Electric Code (NEC), die National Electrical Manufacturers Association (NEMA), die Internationale Elektrotechnische Kommission (International Electrotechnical Commission, IEC), die Federal Communication Commission (FCC) und das Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Normen für elektrische Umhausungen, Verkabelungen und elektrische Anschlüsse vor. Die Verwendung der hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele erfüllt solche Normen (und/oder macht es möglich, dass eine entsprechende Vorrichtung diese erfüllt), falls nötig. In manchen (z.B. PV-Solar) Anwendungen können durch die hierin beschriebenen elektrischen Umhausungen zusätzliche Normen erfüllt werden, die für diese Anwendung gelten.
Als konkretes Beispiel fordert der NEC, dass die Ursache für eine Stromkreisunterbrechung diagnostiziert wird, bevor ein Stromkreisunterbrecher zurückgesetzt wird. Ausführungsbeispiele automatisieren den Fehlererkennungsprozess. Infolgedessen können Ausführungsbeispiele den Prozess der Inbetriebnahme von Anlagen beschleunigen, während gleichzeitig die Einhaltung der NEC-Anforderungen aufrechterhalten wird.
Wenn eine Komponente einer Figur beschrieben wird, aber in dieser Figur nicht ausdrücklich gezeigt oder bezeichnet ist, kann die Kennung, die für eine entsprechende Komponente in einer anderen Figur verwendet wird, auf diese Komponente übertragen werden. Wenn dagegen eine Komponente in einer Figur eine Kennung hat, aber nicht beschrieben wird, kann die Beschreibung für eine solche Komponente der Beschreibung für die entsprechende Komponente in einer anderen Figur im Wesentlichen gleich sein. Wenn eine Komponente einer Figur beschrieben wird, aber in dieser Figur nicht ausdrücklich gezeigt oder bezeichnet ist, kann die Kennung, die für eine entsprechende Komponente in einer anderen Figur verwendet wird, auf diese Komponente übertragen werden. Wenn dagegen eine Komponente in einer Figur eine Kennung hat, aber nicht beschrieben wird, kann die Beschreibung für eine solche Komponente der Beschreibung für die entsprechende Komponente in einer anderen Figur im Wesentlichen gleich sein. Das Nummerierungsschema für die verschiedenen Komponenten in den Figuren hierin ist so, dass jede Komponente eine drei- oder vierstellige Zahl ist und dass bei entsprechenden Komponenten in anderen Figuren zumindest die letzten zwei Stellen gleich sind.
Nachstehend werden Ausführungsbeispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher ausführlicher unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen Ausführungsbeispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher gezeigt sind. Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher können jedoch in vielen verschiedenen Formen ausgeführt werden und sollten nicht als beschränkt auf die hierin angegebenen Ausführungsbeispiele aufgefasst werden. Stattdessen werden diese Ausführungsbeispiele angegeben, damit die Offenbarung gründlich und vollständig ist und der Bereich der Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher für den Durchschnittsfachmann klarer wird. Ähnliche, aber nicht unbedingt gleiche Elemente (manchmal auch als Komponenten bezeichnet) in den verschiedenen Figuren werden um der Konsistenz willen mit gleichen Bezugszahlen bezeichnet.
Begriffe wie „erste“, „zweite“ und „innerhalb“ werden nur verwendet, um eine Komponente (oder einen Teil einer Komponente oder einen Zustand einer Komponente) von einer anderen zu unterscheiden. Solche Begriffe sollen keine Bevorzugung oder bestimmte Ausrichtung bezeichnen und sollen die Ausführungsbeispiele für Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungssysteme für Stromkreisunterbrecher nicht beschränken. In der folgenden ausführlichen Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden zahlreiche konkrete Einzelheiten angegeben, um ein gründlicheres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Jedoch wird ein Durchschnittsfachmann verstehen, dass die Erfindung ohne diese konkreten Einzelheiten in die Praxis umgesetzt werden kann. In anderen Fällen wurden bekannte Merkmale nicht ausführlich beschrieben, um die Beschreibung nicht unnötig zu überfrachten.
1 zeigt ein System 100, das eine Umhausung 119 aufweist, in dem Stromkreisunterbrecher 150 angeordnet werden. Die Umhausung 119 von 1 nimmt eine offene Stellung ein (d.h. die Umhausungsabdeckung (nicht gezeigt) ist vom Umhausungskörper 152 gelöst). Die Umhausung 119 ist in einer äußeren Umgebung 111 angeordnet (z.B. im Freien, in einer gefährlichen Umgebung). Die Umhausungsabdeckung kann durch eine Anzahl von Befestigungsvorrichtungen (nicht gezeigt), die in einer Anzahl von Öffnungen 154 um den Umfang einer Umhausungsanlagefläche (nicht gezeigt) der Umhausungsabdeckung (auch als Flansch bezeichnet) und um den Umfang der Umhausungsanlagefläche 108 des Umhausungskörpers 152 (auch als Flansch 108 bezeichnet) angeordnet sind, am Umhausungskörper 152 gesichert werden. Wie oben erörtert, wird zwar in diesem konkreten Beispiel eine explosionssichere Umhausung beschrieben, aber Ausführungsbeispiele können mit jeder Art von Umhausung verwendet werden, die in irgendeiner Art von Umgebung angeordnet ist.
Wenn die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 152 in Bezug aufeinander die geschlossene Position einnehmen, liegt die Umhausungsanlagefläche 108 des Umhausungskörpers 152 an der Umhausungsanlagefläche der Umhausungsabdeckung an. Wenn die Umhausung 119 wie in diesem Fall eine explosionssichere Umhausung ist, ist eine Flammenbahn zwischen der Umhausungsanlagefläche 108 des Umhausungskörpers 152 und der Umhausungsanlagefläche der Umhausungsabdeckung ausgebildet. Der Umhausungskörper bildet einen Hohlraum 107, in dem eine oder mehrere Komponenten (z.B. Stromkreisunterbrecher 150, elektrische Kabel) angeordnet sind. Wenn die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 152 in Bezug aufeinander die geschlossene Position einnehmen, dann ist der Hohlraum 107 im Wesentlichen umschlossen.
Eine Befestigungsvorrichtung kann eine oder mehrere von einer Anzahl von Befestigungsvorrichtungen sein, unter anderem ein Bolzen (der mit einer Mutter verbunden sein kann), eine Schraube, die mit einer Mutter verbunden sein kann) und eine Klemme. Außerdem kann mindestens ein optionales Scharnier 156 an einer Seite der Umhausungsabdeckung und einer entsprechenden Seite des Umhausungskörpers 152 befestigt sein, so dass dann, wenn alle Befestigungsvorrichtungen entfernt werden, wie in 1 dargestellt ist, die Umhausungsabdeckung mittels des mindestens einen Scharniers 156 vom Umhausungskörper 152 weg nach außen (d.h. in eine offene Stellung) schwingen kann. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen gibt es keine Scharniere, und die Umhausungsabdeckung kann vollständig vom Umhausungskörper 152 gelöst sein, wenn alle Befestigungsvorrichtungen entfernt werden.
Die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 152 können aus jedem geeigneten Material bestehen, einschließlich von Metall (z.B. Legierung, Edelstahl), Kunststoff, irgendeinem anderen Material oder irgendeiner Kombination davon. Die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 152 können aus dem gleichen Material oder aus unterschiedlichen Materialien bestehen. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen sind an dem Ende des Umhausungskörpers 152, das der Umhausungsabdeckung gegenüberliegt, ein oder mehrere Bügel (nicht zu sehen) an der Außenseite des Umhausungskörpers 152 fixiert, um die Montage der Umhausung 119 zu erleichtern. Unter Verwendung der Bügel kann die Umhausung 119 an einer oder mehreren von einer Anzahl von Oberflächen und/oder Elementen montiert werden, unter anderem an einer Wand, einem Steuerschrank, einem Zementblock, einem I-Träger und einem U-Bügel.
Wie oben angegeben, müssen bestimmte einschlägige Industrienormen erfüllt werden, wenn die Umhausung 119 eine explosionssichere Umhausung ist. Um einen geeigneten Flammenpfad zwischen dem Flansch der Umhausungsabdeckung und dem Flansch 108 des Umhausungskörpers 152 aufrechtzuerhalten, müssen alle Befestigungsvorrichtungen fachmännisch konstruiert, bearbeitet, angewendet und innerhalb aller Öffnungen 154 festgezogen werden.
Da manche Umhausungen, wie etwa die Umhausung 119 von 1, so viele Befestigungsvorrichtungen haben (in diesem Fall über 30), kann es äußerst zeitaufwändig sein, sämtliche Befestigungsvorrichtungen zu entfernen, um die Umhausung 119 zu öffnen, auf den Hohlraum 107 zuzugreifen, eine visuelle Prüfung jedes Stromkreisunterbrechers 150 durchzuführen und anschließend sämtliche Befestigungsvorrichtungen wieder anzubringen, um die Umhausung 119 wieder in den geschlossenen Zustand zu bringen. Falls ein Stromkreisunterbrecher 150 eine Erdfehlerstromunterbrecher(FI)-Fähigkeit aufweist, muss der Stromkreisunterbrecher 150 außerdem regelmäßig überprüft werden, um sicherzustellen, dass er ordnungsgemäß funktioniert. Falls diese Tests an diesen Stromkreisunterbrechern 150 mit FI-Fähigkeiten nicht innerhalb einer vorgeschriebenen Zeitspanne ab dem letzten Test durchgeführt werden, werden geltende Normen (z.B. NEC) und/oder Vorschriften verletzt. Die Normen und/oder Vorschriften für solche Vorrichtungen sind dafür ausgelegt, die Sicherheit zu erhöhen, und eine Verletzung dieser Normen und/oder Vorschriften kann zu erheblichen Schäden führen.
Unabhängig davon, ob der Stromkreisunterbrecher 150 eine FI-Fähigkeit aufweist, und unabhängig von der Art der Umhausung, in welcher der Stromkreisunterbrecher 150 angeordnet ist, falls vorhanden, stellt das Testen des Stromkreisunterbrechers 150, um seine ordnungsgemäße Funktion zu gewährleisten, eine Betriebsunterbrechung dar und ist zeitaufwändig. Derzeit werden Stromkreisunterbrecher 150 durch Abstellen der Leistung, die durch den Stromkreisunterbrecher 150 fließt, und Isolieren (z.B. Herausnehmen) des Stromkreisunterbrechers 150, so dass der Widerstand zwischen Kontakten im Stromkreisunterbrecher 150 gemessen werden kann, getestet. Dies kann zu einem erheblichen Stillstand von Anlagen führen, die Schaltkreise aufweisen, in denen die Stromkreisunterbrecher 150 verwendet werden.
Darüber hinaus liefern die Widerstandsmesswerte, die für einen Stromkreisunterbrecher 150 genommen werden, für einen Anwender keinen Hinweis darauf, ob der Stromkreisunterbrecher 150 eine Fehlfunktion hat, und wie weit diese mögliche Fehlfunktion fortgeschritten ist. Der Anwender hat wahrscheinlich keinen Zugriff auf aus der Vergangenheit stammende Widerstandsmesswerte für den betreffenden Stromkreisunterbrecher 150. Ferner hat der Anwender keinen Zugriff auf andere kritische Informationen, unter anderem auf die Menge des Stroms, der im Zeitverlauf durch den Stromkreisunterbrecher 150 fließt, die Temperaturen, denen der Stromkreisunterbrecher 150 im Zeitverlauf ausgesetzt ist, die relative Feuchtigkeit, welcher der Stromkreisunterbrecher 150 im Zeitverlauf ausgesetzt ist, und die Zahl der Betätigungen des Stromkreisunterbrechers 150.
Falls ein Stromkreisunterbrecher 150 auslöst (beispielsweise wegen eines Erdschlusses), muss ein Anwender (z.B. ein Elektriker) die Ursache für den Fehler bestimmen, bevor der Stromkreisunterbrecher 150 wieder geschlossen werden kann. Das bedeutet, dass der Anwender nicht nur den Stromkreisunterbrecher 150 testen muss, sondern auch die Vorrichtungen stromabwärts vom Stromkreisunterbrecher 150 (die Leistung von diesem empfangen). Für die vorliegenden Zwecke kann ein Stromkreisunterbrecher 150 auch irgendwelche Geräte einschließen, die mit dem Stromkreisunterbrecher 150 gekoppelt sind und die Leistung über ihn empfangen.
Die 2 und 3 zeigen Stromkreisunterbrecher, die eine Verschlechterung durchgemacht haben und die in Gefahr sind, ihre Funktion einzubüßen. Genauer zeigt 2 eine Vorderansicht eines Systems 200, das eine offene Umhausung 219 aufweist, in der ein Stromkreisunterbrecher 250 angeordnet ist. 3 zeigt eine Seitenansicht eines teilweise demontierten Stromkreisunterbrechers 350. Die Umhausung 219 von 2 kann der Umhausung 119 von 1 im Wesentlichen gleich sein, außer wie nachstehend beschrieben. Ferner können der Stromkreisunterbrecher 250 von 2 und der Stromkreisunterbrecher 350 von 3 dem Stromkreisunterbrecher 150 von 1 im Wesentlichen gleich sein, außer wie nachstehend beschrieben.
Stromkreisunterbrecher können aus einer Anzahl von Gründen eine Verschlechterung durchmachen und ausfallen. Diese Gründe sind unter anderem eine Korrosion, übermäßig hohe Temperaturen, übermäßige Betätigungen, mechanische Abnutzung, zu starker Strom, elektrische Störungen (z.B. ein Erdschluss) und mechanisches Versagen. Es wird auf die 1-3 Bezug genommen, wo in den 2 und 3 einige von diesen Gründen gezeigt sind. In 2 ist der Stromkreisunterbrecher 250 im Hohlraum 207 angeordnet, der vom Umhausungskörper 252 gebildet wird, und weist drei leitungsseitigen Anschlüsse 253 entlang seines oberen Endes auf. Jeder von den leitungsseitigen Anschlüssen 253 ist anhand eines Kopplungsmerkmals 257 (in diesem Fall einer Mutter und einer Schraube) elektrisch mit einem elektrischen Leiter 209 verbunden.
Falls die Umhausung 219 in einem Bereich mit hoher Feuchtigkeit angeordnet wird, Wasser ausgesetzt wird und/oder in einer Umgebung mit ätzenden Chemikalien angeordnet wird, kann es zu einer Korrosion 258 kommen. In diesem Fall ist die Korrosion 258 auf jedem der leitungsseitigen Anschlüsse 253, den Kopplungsmerkmalen 257 und dem Umhausungskörper 252 stark ausgeprägt. Auch wenn dies nicht gezeigt ist, ist wahrscheinlich auch eine Korrosion 258 innerhalb des Stromkreisunterbrechers 250 vorhanden. Die Korrosion 258 frisst das elektrisch leitende Material der leitungsseitigen Anschlüsse 253, der Kopplungsmerkmale 257 und/oder der elektrischen Leiter 209 an. Dadurch wird die Wirkungsquerschnittsfläche von jeder dieser Komponenten verringert, wodurch Wärmeenergie verschwendet wird, da die gleiche Menge an Strom durch den verkleinerten elektrisch leitenden Querschnittsfläche fließt.
Wenn die Korrosion 258 schlimmer wird, wird mehr Wärmeenergie verschwendet, was die Wahrscheinlichkeit dafür erhöht, dass der Stromkreisunterbrecher 250 und/oder andere Komponenten, die an den Stromkreisunterbrecher 250 angrenzen, versagen werden. Falls die Korrosion 258 so schwerwiegend wird, dass sie einen offenen Stromkreis bewirkt, kann es zu einer Störung kommen, die Feuer, Funkenschlag und/oder andere Bedingungen bewirken kann, die Komponenten, die innerhalb des Hohlraums 207 der Umhausung 219 angeordnet sind, und/oder Komponenten, die dem Stromkreisunterbrecher 250 nachgelagert sind, beschädigen kann.
Der Stromkreisunterbrecher 350 von 3 zeigt manche von den internen Komponenten des Stromkreisunterbrechers 350. Es ist eine Korrosion 358 an mehreren internen Stellen im gesamten Stromkreisunterbrecher 350 vorhanden. Hierbei kann sich die Korrosion 358 auf die Leistung des „Schalters“ 355 (auch als Auslösemechanismus 355 bezeichnet) innerhalb des Stromkreisunterbrechers 350 auswirken. Falls die Korrosion 358 hierbei schwerwiegend genug ist, wird der Auslösemechanismus 355 dabei versagen, den Stromkreis zu öffnen, wenn er dies eigentlich tun sollte. Zum Beispiel kann die Feder 349 des Auslösemechanismus 355 brechen, wodurch verhindert wird, dass der Auslösemechanismus 355 arbeitet.
Ausführungsbeispiele können verwendet werden, um einen oder mehrere Stromkreisunterbrecher in einem System aktiv und autonom zu überwachen. Beispiele für einige der Aufgaben, die von Ausführungsbeispielen durchgeführt werden können, können unter anderem das Messen von Bedingungen (z.B. Temperatur, elektrische Parameter), die mit einem Stromkreisunterbrecher assoziiert sind, das Speichern der Messungen, das Anwenden der Messungen im Zeitverlauf auf Algorithmen, das Vergleichen der Ergebnisse der Algorithmen für einen Stromkreisunterbrecher mit den Ergebnissen von Algorithmen, die für andere Stromkreisunterbrecher ausgeführt wurden, die ein oder mehrere Merkmale (z.B. Hersteller, Umgebungsbedingungen, Strom-/Spannungspegel) aufweisen, die dem Stromkreisunterbrecher entsprechen, das Erkennen von Problemen (z.B. mechanisches Versagen einer Komponente des Stromkreisunterbrechers, elektrisches Versagen eines Abschnitts (z.B. von leitungsseitigen Anschlüssen) des Stromkreisunterbrechers), die sich aus dem Stromkreisunterbrecher ergeben, das Voraussehen, wann mögliche Probleme zu tatsächlichen Problemen werden, das Benachrichtigen eines Anwenders von den Problemen mit dem Stromkreisunterbrecher (in manchen Fällen mit konkreten Details), das Ansetzen einer Wartung des Stromkreisunterbrechers, das Bestellen von Ersatzteilen und/oder eines Ersatzes für den Stromkreisunterbrecher und das Erzeugen und Abgeben von Berichten für/bei zuständige/n Regulierungsbehörden einschließen. Daher ist die Wahrscheinlichkeit für unerwartete ungünstige Bedingungen, die wegen eines Versagens eines Stromkreisunterbrechers entstehen, durch die Verwendung von Ausführungsbeispielen erheblich verringert.
4 zeigt eine Systemskizze eines Systems 400, das ein Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(„PHM“)-System 499 für eine Umhausung 419 gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen aufweist. Das System 400 kann einen Anwender 455, einen Netzmanager 480 und mindestens eine Umhausung (z.B. die Umhausung 419) einschließen. Zusätzlich zum PHM-System 499 kann die Umhausung 419 einen oder mehrere Stromkreisunterbrecher 450 aufweisen.
Das PHM-System 499 kann eine oder mehrere von einer Anzahl von Komponenten aufweisen. Solche Komponenten können unter anderem eine Steuereinrichtung 404, eine oder mehrere Temperaturmessvorrichtungen 440 und einen oder mehrere Leistungsmessvorrichtungen 442 einschließen. Die Steuereinrichtung 404 des PHM-Systems 499 kann auch eine oder mehrere von einer Anzahl von Komponenten einschließen. Solche Komponenten können unter anderem eine PHM Engine 406, ein Kommunikationsmodul 408, eine Echtzeituhr 410, ein Leistungsmodul 412, ein Speicher-Repository 430, einen Hardware-Prozessor 420, einen Arbeitsspeicher bzw. Memory 422, einen Transceiver 424, eine Anwendungsschnittstelle 426 und optional ein Sicherheitsmodul 428 einschließen. Die in 4 gezeigten Komponenten sind nicht alles, was möglich ist, und in manchen Ausführungsbeispielen kann es sein, dass mindestens eine von den in 4 gezeigten Komponenten in einer als Beispiel dienenden Umhausung oder einem anderen Bereich, in dem mindestens ein Stromkreisunterbrecher 450 angeordnet werden kann, nicht angeordnet sind. Jede Komponente des als Beispiel dienenden Systems 400 kann eigenständig oder mit einer oder mehreren anderen Komponenten des Systems 400 kombiniert sein.
Es wird auf die 1-4 Bezug genommen, wo der Anwender 455 der gleiche Anwender ist wie oben definiert. Der Anwender 455 kann ein Anwendersystem (nicht gezeigt) nutzen, das eine Anzeige (z.B. eine GUI) einschließen kann. Der Anwender 455 interagiert mit der Steuereinrichtung 404 des PHM-Systems 499 über die Anwendungsschnittstelle 426 (nachstehend beschrieben) (z.B. sendet er Daten an diese, empfängt Daten von dieser). Der Anwender 455 kann auch mit einem Netzmanager 480 interagieren. Eine Interaktion zwischen dem Anwender 455 und dem PHM-System 499 und/oder dem Netzmanager 480 kann unter Verwendung der Kommunikationsverbindungen 405 durchgeführt werden.
Jede Kommunikationsverbindung 405 kann eine Technik einschließen, die Kabel verwendet (z.B. Elektrokabel der Klasse 1, Elektrokabel der Klasse 2, elektrische Anschlüsse, Trägerfrequenzanlagen, RS485) und/oder die drahtlos ist (z.B. Wi-Fi, Kommunikation über sichtbares Licht, Mobilnetze, Bluetooth, WirelessHART, ISA100). Zum Beispiel kann eine Kommunikationsverbindung 405 ein oder mehrere elektrische Leiter (z.B. einen elektrischen Leiter 209) sein oder aufweisen, die mit einer oder mehreren Komponenten innerhalb des Hohlraums 407 des Umhausungskörpers 452 der Umhausung 419 gekoppelt sind. Die Kommunikationsverbindung 405 kann Signale (z.B. Leistungssignale, Kommunikationssignale, Steuersignale, Daten) zwischen dem PHM-System 499 und dem Anwender 455 und/ dem Netzmanager 480 übertragen. Mindestens eine Kommunikationsverbindung 405 kann auch verwendet werden, um Signale zwischen Komponenten des PHM-Systems 499 zu übertragen.
Der Netzmanager 480 ist eine Vorrichtung oder eine Komponente, die ein Kommunikationsnetz, das die Steuereinrichtung 404 des PHM-Systems 499, zusätzliche Umhausungen und den Anwender 455 einschließt, die kommunikationstechnisch mit der Steuereinrichtung 404 gekoppelten sind, in Teilen oder im Ganzen steuert. Der Netzmanager 480 kann der Steuereinrichtung 404 im Wesentlichen ähnlich sein. Alternativ dazu kann der Netzmanager 480 eines oder mehrere einer Anzahl von Merkmalen zusätzlich oder alternativ zu den nachstehend beschriebenen Merkmalen der Steuereinrichtung 404 einschließen. Wie hierin beschrieben, kann eine Kommunikation mit dem Netzmanager 480 ein Kommunizieren mit einer oder mehreren anderen Komponenten (z.B. einer anderen Umhausungen) des Systems 400 beinhalten. In einem solchen Fall kann der Netzmanager 480 eine solche Kommunikation ermöglichen bzw. erleichtern.
Die eine oder die mehreren Temperaturmessvorrichtungen 440 und die eine oder die mehreren Leistungsmessvorrichtungen 442 können irgendeine Art von Sensorvorrichtung sein, die einen oder mehrere Parameter innerhalb der Umhausung 419 misst. Beispiele für Temperaturmessvorrichtungen 440 können unter anderem einen Widerstandstemperaturdetektor, einen Thermostaten, ein Thermoelement, einen Thermistor, einen passiven Infrarotsensor und einen aktiven Infrarotsensor aufweisen. Eine Temperaturmessvorrichtung kann einen oder mehrere mit der Temperatur in Zusammenhang stehende Parameter messen. Solche Parameter können unter anderem eine relative Feuchtigkeit, einen barometrischen Druck und eine Temperatur einschließen. Solche Parameter können an zumindest einem Abschnitt eines Stromkreisunterbrechers 450 oder in großer Nähe zu diesem gemessen werden. Ferner können solche Parameter durch die Temperaturmessvorrichtungen 440 und die eine oder die mehreren Leistungsmessvorrichtungen 442 gemessen werden, während ein Stromkreisunterbrecher 450 in Betrieb ist.
Beispiele für eine Leistungsmessvorrichtung 442 können unter anderem ein Amperemeter, ein Voltmeter, ein VAR-Meter und ein Ohmmeter einschließen. Eine Leistungsmessvorrichtung 442 kann einen oder mehrere mit elektrischer Leistung in Zusammenhang stehende Parameter messen. Solche Parameter können unter anderem eine Spannung, einen Strom, einen Widerstand und ein VAR beinhalten. Solche Parameter können an zumindest einem Abschnitt eines Trennschalters 450 oder in großer Nähe zu diesem gemessen werden. Eine Temperaturmessvorrichtung 440 und eine Leistungsmessvorrichtung 442 können zusätzlich zu dem eigentlichen Sensor irgendwelche Hilfskomponenten oder Vorrichtungen, die in Verbindung mit dem Sensor verwendet werden, einschließen, unter anderem einen Stromwandler, einen Spannungswandler, einen Widerstand, eine integrierte Schaltung, elektrische Leiter, elektrische Verbinder und eine Klemmleiste. Jede von den Temperaturmessvorrichtungen 440 kann eine Temperaturkomponente kontinuierlich, periodisch, basierend auf dem Eintritt eines Ereignisses, basierend auf einem Befehl, den sie von der PHM Engine 406 empfängt, und/oder basierend auf irgendeinem anderen Faktor messen. Ebenso kann jede von den Leistungsmessvorrichtungen 442 eine Leistungskomponente kontinuierlich, periodisch, basierend auf dem Eintritt eines Ereignisses, basierend auf einem Befehl, den es von der PHM Engine 406 empfängt, und/oder basierend auf irgendeinem anderen Faktor messen.
Der Anwender 455 und/oder der Netzmanager 480 kann bzw. können gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen mit der Steuereinrichtung 404 des PHM-Systems 499 unter Verwendung der Anwendungsschnittstelle 426 interagieren. Genauer empfängt die Anwendungsschnittstelle 426 der Steuereinrichtung 404 Daten (z.B. Informationen, Mitteilungen, Befehle, Firmware-Aktualisierungen) vom Anwender 455 und/oder vom Netzmanager 480 und sendet Daten (z.B. Informationen, Mitteilungen, Befehle) an dieselben. In bestimmten Ausführungsbeispielen kann bzw. können der Anwender 455 und/oder der Netzmanager 480 eine Schnittstelle zum Empfangen und zum Senden von Daten von der bzw. an die Steuereinrichtung 404 einschließen. Beispiele für eine solche Schnittstelle können unter anderem eine grafische Benutzeroberfläche, einen Touchscreen, eine Anwendungsprogrammierungsschnittstelle, eine Tastatur, einen Monitor, eine Maus, einen Web-Dienst, einen Datenprotokolladapter, irgendeine Hardware und/oder Software oder irgendwelche geeigneten Kombinationen davon beinhalten.
Die Steuereinrichtung 404, der Anwender 455 und/oder der Netzmanager 480 kann bzw. können ihr eigenes System verwenden oder in manchen Ausführungsbeispielen ein gemeinsames System verwenden. Ein solches System kann beispielsweise eine Form eines Internet-gestützten oder Intranet-gestützten Computersystems sein oder enthalten, das in der Lage ist, mit unterschiedlicher Software zu kommunizieren. Ein Computersystem schließt jede Art von Rechenvorrichtung und/oder Kommunikationsvorrichtung ein, unter anderem die Steuereinrichtung 404. Beispiele für solch ein System können unter anderem einen Desktop-Computer mit LAN, WAN, Internet- oder Intranet-Zugang, einen Laptop-Computer mit LAN, WAN, Internet- oder Intranet-Zugang, ein Smartphone, einen Server, eine Serverfarm, eine Android-Vorrichtung (oder ein Äquivalent davon), ein Tablet, Smartphones und einen persönlichen digitalen Assistenten (ein PDA) einschließen. Ein solches System kann einem Computersystem entsprechen, wie es nachstehend unter Bezugnahme auf 5 beschrieben wird.
Wie oben beschrieben, kann ein solches System ferner entsprechende Software (z.B. Anwender-Software, Sensor-Software, Steuereinrichtungs-Software, Netzmanager-Software) einschließen. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen kann die Software auf derselben oder einer separaten Vorrichtung (z.B. einem Server, einem Mainframe, einem Desktop-Personal-Computer (PC), einem Laptop, einem persönlichen digitalen Assistenten (PDA), einem Fernseher, einer Kabeldose, einem Kiosk, einem Telefon, einem Mobiltelefon oder anderen Rechenvorrichtungen) ausgeführt werden und kann über das Kommunikationsnetz (z.B. das Internet, ein Intranet, ein Extranet, ein lokales Netz (Local Area Network, LAN) und/oder Kommunikationskanäle mit Kabel- und/oder kabellosen Segmenten gekoppelt sein. Die Software eines Systems kann Teil der Software eines anderen Systems innerhalb des Systems 400 sein oder separat, aber in Verbindung mit demselben arbeiten.
Die Umhausung 419 kann einen Umhausungskörper 452 aufweisen. Der Umhausungskörper 452 kann mindestens eine Wand einschließen, die einen Hohlraum 407 bildet. In manchen Fällen kann der Umhausungskörper 452 (der eine entsprechende Umhausungsabdeckung beinhalten kann) dafür ausgelegt sein, einschlägigen Normen zu genügen, so dass die Umhausung 419 in einer bestimmten Umgebung (z.B. einer gefährlichen Umgebung) angeordnet werden kann. Wenn die Umhausung 419 beispielsweise in einer explosionsgefährdeten Umgebung angeordnet wird, kann der Umhausungskörper 452 explosionssicher sein. Gemäß geltenden Industrienormen ist eine explosionssichere Umhausung eine Umhausung, die dafür ausgelegt ist, eine Explosion, die in ihrem Inneren stattfindet oder die sich durch die Umhausung hindurch fortpflanzen kann, einzuschließen.
Bleibt man bei diesem Beispiel, so ist die explosionssichere elektrische Umhausung dafür ausgelegt, Gase aus dem Inneren der elektrischen Umhausung über Fugen der elektrischen Umhausung entweichen und abkühlen zu lassen, während die Gase die explosionssichere elektrische Umhausung verlassen. Die Fugen werden auch als Flammenbahnen bezeichnet und sind da vorhanden, wo sich zwei Oberflächen treffen, und stellen eine Bahn aus dem Inneren der explosionssicheren elektrischen Umhausung zur Außenseite der explosionssicheren elektrischen Umhausung bereit, auf der sich ein oder mehrere Gase fortbewegen können. Eine Fuge kann eine Verbindung beliebiger zweier oder mehrerer Oberflächen sein. Jede Oberfläche kann irgendeine Art von Oberfläche sein, unter anderem eine flache Oberfläche, eine mit Gewinde versehene Oberfläche und eine gezackte Oberfläche.
Der Umhausungskörper 452 der Umhausung 419 kann verwendet werden, um eine oder mehrere Komponenten des PHM-Systems 499 aufzunehmen, einschließlich von einer oder mehreren Komponenten der Steuereinrichtung 404. Wie in 4 gezeigt ist, können die Steuereinrichtung 404 (die in diesem Fall die PHM Engine 406, das Kommunikationsmodul 408, die Echtzeituhr 410, das Leistungsmodul 412, das Speicher-Repository 430, den Hardware-Prozessor 420, den Arbeitsspeicher 422, den Transceiver 424, die Anwendungsschnittstelle 426 und das optionale Sicherheitsmodul 428 einschließt), die Stromkreisunterbrecher 450, die Temperaturmessvorrichtungen 440 und die Leistungsmessvorrichtung 142 in dem Hohlraum 407 angeordnet sein, der von der Umhausungswand 452 gebildet wird. In alternativen Ausführungsbeispielen kann irgendeine oder können irgendwelche von diesen oder anderen Komponenten des PHM-Systems 499 am Umhausungskörper 452 und/oder abseits vom Umhausungskörper 452 angeordnet sein.
Das Speicher-Repository 430 kann eine persistente Speichervorrichtung (oder ein Satz von Vorrichtungen) sein, die (der) Software und Daten speichert, die verwendet werden, um die Steuereinrichtung 404 zu unterstützen, der mit dem Anwender 455 und dem Netzmanager 480 innerhalb des Systems 400 (und in manchen Fällen mit anderen Systemen) kommuniziert. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen speichert das Speicher-Repository 430 ein oder mehrere Kommunikationsprotokolle 432, Algorithmen 433 und gespeicherte Daten 434. Die Kommunikationsprotokolle 432 können beliebige von einer Anzahl von Kommunikationsprotokollen sein, die verwendet werden, um Daten zwischen der Steuereinrichtung 404 und dem Anwender 455 und dem Netzmanager 480 zu senden und/oder zu empfangen. Mindestens ein Kommunikationsprotokoll 432 kann ein zeitsynchronisiertes Protokoll sein. Beispiele für solche zeitsynchronisierten Protokolle sind unter anderem ein Highway Addressable Remote Transducer(HART)-Protokoll, ein WirelessHART-Protokoll und ein 100-Protokoll der International Society of Automation (ISA). Auf diese Weise kann mindestens eines der Kommunikationsprotokolle 432 eine Sicherheitsschicht für die Daten bereitstellen, die innerhalb des Systems 400 übertragen werden.
Die Algorithmen 433 können irgendwelche Abläufe (z.B. eine Reihe von Verfahrensschritten), Formeln, Logikschritte, mathematische Modelle und/oder andere ähnliche Betriebsabläufe sein, die von der PHM Engine 406 der Steuereinrichtung 404 auf Basis bestimmter Bedingungen zu einem jeweiligen Zeitpunkt befolgt werden. Ein Beispiel für einen Algorithmus 433 ist das Messen verschiedener Parameter, die mit den Stromkreisunterbrechern 450 assoziiert sind (beispielsweise unter Verwendung der Leistungsmessvorrichtungen 442 und der Temperaturmessvorrichtungen 440), das Speichern (unter Verwendung der gespeicherten Daten 434 im Speicher-Repository 430) und/oder Evaluieren des Stroms und der Spannung, die an die und von der Temperaturmessvorrichtungen 440 im Laufe der Zeit geliefert werden (gemessen von der Echtzeituhr 410).
Algorithmen 433 können auf die Stromkreisunterbrecher 450 abgestellt sein. Zum Beispiel kann es mindestens einen Algorithmus 433 gegeben, der auf die erwartete nutzbare Lebensdauer eines Stromkreisunterbrechers 450 abgestellt ist. Ein weiteres Beispiel für einen Algorithmus 433 ist das Vergleichen und Korrelieren von Daten, mit einem bestimmten Stromkreisunterbrecher 450 gesammelt werden, mit entsprechenden Daten von einem oder mehreren anderen Stromkreisunterbrechern 450. Jeder Algorithmus 433 kann im Laufe der Zeit von der PHM Engine 406 auf Basis tatsächlicher Leistungsdaten verändert werden (beispielsweise unter Verwendung von Techniken maschinellen Lernens wie Alpha-Beta), so dass der Algorithmus 433 im Laufe der Zeit exaktere Ergebnisse liefern kann. Als weiteres Beispiel kann der Algorithmus 433, sobald bestimmt wird, dass einer oder mehrere Stromkreisunterbrecher 450 der Umhausung 419 nicht mehr richtig funktionieren, die PHM-Engine 406 anweisen, einen Alarm für eine vorausschauende Instandhaltung zu erzeugen. Falls Daten von anderen Stromkreisunterbrechern in einem Algorithmus verwendet werden, um die Leistung eines bestimmten Stromkreisunterbrechers vorauszusagen, kann die PHM Engine 406 bestimmen, welche anderen Stromkreisunterbrecher verwendet werden (beispielsweise unter Verwendung bestimmter Daten).
Als Beispiel kann ein Algorithmus 433 eine ständige Überwachung des Stroms (gemessen von den Leistungsmessvorrichtungen 442 und gespeichert als gespeicherte Daten 434), der durch die leitungsseitigen Anschlüsse (z.B. die leitungsseitigen Anschlüsse 253) und die lastseitigen Anschlüsse eines Stromkreisunterbrechers 450 fließt, beinhalten Der Algorithmus kann Variationen des Stroms, der durch den Stromkreisunterbrecher 450 fließt, erfassen und einen Ausfall des Stromkreisunterbrechers 450 (einschließlich eines bestimmten Abschnitts desselben) voraussagen.
Ein noch anderer Beispielsalgorithmus 433 kann das Messen und Analysieren des absoluten Wertes und der Anzahl von Spannungsstößen (Ringing Waves), denen ein Stromkreisunterbrecher 450 im Laufe der Zeit ausgesetzt ist, beinhalten. Der Algorithmus 433 kann die erwartete nutzbare Lebensdauer des Stromkreisunterbrechers 450 auf Basis eines Schwellenwerts voraussagen. Ein noch anderer Beispielsalgorithmus 433 kann das Messen und Analysieren des Wirkungsgrads eines Stromkreisunterbrechers 450 im Laufe der Zeit messen und analysieren. Von der PHM Engine 406 kann ein Alarm erzeugt werden, wenn der Wirkungsgrad des Stromkreisunterbrechers 450 unter einen Schwellenwert fällt, der ein Versagen des Stromkreisunterbrechers 450 anzeigt.
Ein Algorithmus 433 kann beliebige von einer Anzahl mathematischer Formeln und/oder Algorithmen verwenden. Zum Beispiel kann ein Algorithmus 433 eine lineare oder polynomiale Regression verwenden. In manchen Fällen kann ein Algorithmus 433 auf Basis eines Parameters angepasst werden, der von einer Temperaturmessvorrichtung 440 und/oder einer Leistungsmessvorrichtung 442 gemessen wird. Zum Beispiel kann ein Algorithmus 433, der eine polynomiale Regression beinhaltet, auf Basis einer Umgebungslufttemperatur angepasst werden, die von einer Temperaturmessvorrichtung 440 gemessen wird. Wie nachstehend beschrieben, kann ein Algorithmus 433 für eine Korrelationsanalyse verwendet werden. In einem solchen Fall kann ein Algorithmus beliebige von einer Anzahl von Korrelations- und verwandten (z.B. Closeness-to-Fit)-Modellen verwenden, unter anderem Chi-Quadrat und Kologorov-Smirnov.
Zum Beispiel kann ein Algorithmus 433 eine Beziehung von Beanspruchung und Lebensdauer unter Verwendung eines beschleunigten Lebensdauertests für den Stromkreisunterbrecher 450 oder eine Komponente desselben entwickeln. Ein Fall wäre eine Temperatur der leitungsseitigen Anschlüsse (z.B. der leitungsseitigen Anschlüsse 253) zu einer tatsächlichen Lebenszeit gegenüber einem modellierten oder vorausgesehenen Temperaturprofil der leitungsseitigen Anschlüsse, wobei das Profil zumindest zum Teil auf gespeicherten Daten 434 basieren kann, die für andere Stromkreis-Stromkreisunterbrecher gemessen werden. Als weiteres Beispiel kann ein Algorithmus 433 Beanspruchungsbedindungen des Stromkreisunterbrechers 450 oder von Komponenten desselben bei einer Anwendung in Echtzeit im Zeitverlauf messen und Modelle entwickeln, um die Lebenszeit des Stromkreisunterbrechers 450 oder von Komponenten desselben vorauszusehen. In einem solchen Fall können mathematische Modelle unter Verwendung einer oder mehrerer mathematischer Theorien (z.B. der Arrhenius-Theorie, der Palmgran-Miner-Regeln) entwickelt werden, um die nutzbare Lebensdauer des Stromkreisunterbrechers 450 oder von Komponenten desselben unter echten Beanspruchungsbedingungen vorherzusagen. Als noch weiteres Beispiel kann ein Algorithmus 433 Vorhersagewerte und tatsächliche Daten verwenden, um die restliche Lebensdauer des Stromkreisunterbrechers 450 oder von Komponenten desselben zu vorherzusehen. Die 7 und 8 zeigen Beispiele für die Verwendung von Algorithmen 433, für die Bestimmung des Zustands eines Stromkreisunterbrechers 450.
Gespeicherte Daten 434 können beliebige Daten, die mit dem Stromkreisunterbrecher 450 (einschließlich anderer Stromkreisunterbrecher und/oder irgendwelcher Komponenten davon) assoziiert sind, beliebige Messungen, die von den Temperaturmessvorrichtungen 440 vorgenommen wurden, Messungen, die von Leistungsmessvorrichtungen 442 vorgenommen wurden, Schwellenwerte, Ergebnisse von zuvor durchgeführten oder berechneten Algorithmen und/oder irgendwelche anderen geeigneten Daten sein. Solche Daten können beliebige Arten von Daten sein, unter anderem aus der Vergangenheit stammende Daten für den Stromkreisunterbrecher 450, aus der Vergangenheit stammende Daten anderer Stromkreisunterbrecher, Berechnungen, Messungen, die von der Temperaturmessvorrichtung 440 vorgenommen wurden, und Messungen, die von den Leistungsmessvorrichtungen 442 vorgenommen wurden. Die gespeicherten Daten 434 können mit irgendeiner Zeitmessung assoziiert sein, die beispielsweise von der Echtzeituhr 410 abgeleitet worden ist.
Beispiele für ein Speicher-Repository 430 können unter anderem eine Datenbank (oder eine Anzahl von Datenbanken), ein Dateisystem, ein Festplattenlaufwerk, einen Flash-Speicher, irgendeine andere Form von Festkörper-Datenspeicher oder irgendeine geeignete Kombination davon einschließen. Das Speicher-Repository 430 kann auf mehreren physischen Maschinen liegen, die jeweils alle oder einen Teil von den Kommunikationsprotokollen 432, den Algorithmen 433 und/oder den gespeicherten Daten 434 gemäß manchen Ausführungsbeispielen speichern. Jede Speichereinheit oder -vorrichtung kann physisch an derselben oder an einer anderen geographischen Stelle liegen.
Das Speicher-Repository 430 kann betriebsmäßig mit der PHM Engine 406 verbunden sein. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen schließt die PHM Engine 406 eine Funktionalität ein, um mit dem Anwender 455 und Netzmanager 480 im System 400 kommunizieren zu können. Genauer sendet die PHM Engine 406 Informationen an das Speicher-Repository 430 und/oder empfängt Informationen von demselben, um mit dem Anwender 455 und dem Netzmanager 480 zu kommunizieren. Wie nachstehend erörtert wurde, kann das Speicher-Repository 430 in bestimmten Ausführungsbeispielen betriebsmäßig mit dem Kommunikationsmodul 408 verbunden sein.
In bestimmten Ausführungsbeispielen steuert die PHM Engine 406 der Steuereinrichtung 404 den Betrieb einer oder mehrerer Komponenten (z.B. des Kommunikationsmoduls 408, der Echtzeituhr 410, des Transceivers 424) der Steuereinrichtung 404. Zum Beispiel kann die PHM Engine 406 das Kommunikationsmodul 408 aktivieren, wenn das Kommunikationsmodul 408 im „Schlummer“-Modus ist und wenn das Kommunikationsmodul 408 Daten versenden muss, die von einer anderen Komponente im System 400 (z.B. vom Anwender 455, vom Netzmanager 480) empfangen werden.
Als weiteres Beispiel kann die PHM Engine 406 die aktuelle Zeit unter Verwendung der Echtzeituhr 410 ermitteln. Die Echtzeituhr 410 kann die Steuereinrichtung 404 in die Lage versetzen, den Stromkreisunterbrecher 450 auch dann zu überwachen, wenn die Steuereinrichtung 404 keine Kommunikation mit dem Netzmanager 480 hat. Als noch anderes Beispiel kann die PHM Engine 406 die Leistungsmessvorrichtungen 442 anweisen, Leistungsverbrauchsinformationen des Stromkreisunterbrechers 450 zu messen und an den Netzmanager 480 zu senden.
Die PHM Engine 406 kann dafür ausgelegt sein, eine Anzahl von Funktionen durchzuführen, die dabei helfen, die Funktionsfähigkeit des Stromkreisunterbrechers 450 (oder von Komponenten desselben) entweder kontinuierlich oder auf periodischer Basis zu prognostizieren und zu überwachen. Zum Beispiel kann die PHM-Engine 406 beliebige von den Algorithmen 433 ausführen, die im Speicher-Repository 430 gespeichert sind. Als konkretes Beispiel kann die PHM-Engine 406 den Strom und die Spannung, die im Zeitverlauf an den und vom Stromkreisunterbrecher 450 geliefert werden, messen (unter Verwendung der Leistungsmessvorrichtungen 442), speichern (als gespeicherte Daten 434 im Speicher-Repository 430) und unter Verwendung eines Algorithmus 433 evaluieren.
Als weiteres konkretes Beispiel kann die PHM Engine 406 einen oder mehrere Algorithmen 433 verwenden, die auf bestimmte Komponenten des Stromkreisunterbrechers 450 abgestellt sind. Zum Beispiel kann die PHM Engine 406 einen oder mehrere Algorithmen 433 verwenden, die auf die Integrität des Auslösemechanismus (z.B. des Auslösemechanismus 355) des Stromkreisunterbrechers 450 abgestellt sind. Die PHM-Engine 406 kann auch Feuchtigkeitspegel (gemessen von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und gespeichert als gespeicherte Daten 434) innerhalb des Umhausungskörpers 452 (oder genauer, überall oder an Abschnitten des Stromkreisunterbrechers 450) im Zeitverlauf überwachen und den Anwender benachrichtigen, dass ein Leck im Umhausungskörper 452 vorhanden ist, wenn Feuchtigkeitspegel einen Schwellenwert (als gespeicherte Daten 434 gespeichert) überschreiten. Die PHM Engine 406 kann auch unter Verwendung von Daten, die durch die Leistungsmessvorrichtungen 442 gesammelt wurden, bestimmen, ob die hohen Feuchtigkeitspegel eine Korrosion 358 in Abschnitten des Stromkreisunterbrechers 450 bewirkt haben.
Die PHM Engine 406 kann kurzfristig auftretende Probleme analysieren und erfassen, die mit einem Stromkreisunterbrecher 450 auftreten können. Zum Beispiel kann die PHM Engine 406 neue Daten (gemessen von einer Temperaturmessvorrichtung 440 und/oder einer Leistungsmessvorrichtung 442) mit einer Bezugskurve (einem Teil der gespeicherten Daten 434) für den jeweiligen Stromkreisunterbrecher 450 oder für eine Anzahl von Stromkreisunterbrechern 450 des gleichen Typs (z.B. desselben Herstellers, der gleichen Modellnummer, des gleichen Nennstroms) vergleichen. Die PHM Engine 406 kann bestimmen, ob die aktuellen Daten zu der Kurve passen, und falls dies nicht der Fall ist, kann die PHM Engine 406 auf Basis des Ausmaßes der Abweichung bestimmen, wie ernst ein Problem mit dem Stromkreis-Stromkreisunterbrecher sein könnte.
Die PHM Engine 406 kann auch langfristig auftretende Probleme analysieren und erfassen, die mit einem Stromkreisunterbrecher 450 auftreten können. Zum Beispiel kann die PHM Engine 406 neue Daten (gemessen von einer Temperaturmessvorrichtung 440 und/oder einer Leistungsmessvorrichtung 442) mit aus der Vergangenheit stammenden Daten (einem Teil der gespeicherten Daten 434) für den jeweiligen Stromkreisunterbrecher 450 und/oder für eine Anzahl von Stromkreisunterbrechern 450 des gleichen Typs (z.B. desselben Herstellers, der gleichen Modellnummer, des gleichen Nennstroms) vergleichen. In einem solchen Fall kann die PHM Engine 406 zumindest zum Teil auf Basis einer tatsächlichen Leistung und/oder von Daten, die gesammelt wurden, während einer oder mehrere von den Stromkreisunterbrechern 450 getestet wurden, während diese Stromkreisunterbrecher 450 nicht in Betrieb waren, Anpassungen an einer oder mehreren von den Kurven vornehmen.
Die PHM Engine 406 kann auch unter Verwendung des Netzmanagers 480 Daten eines oder mehrerer Stromkreisunterbrecher außerhalb der Umhausung 419 sammeln, die Daten als gespeicherte Daten 434 speichern und diese Daten mit entsprechenden Daten der Stromkreisunterbrecher 450 innerhalb der Umhausung 419 (gesammelt von der Temperaturmessvorrichtung 440 und von den Leistungsmessvorrichtungen 442 und als gespeicherte Daten 434 gespeichert) vergleichen, um zu sehen, um sich eine Korrelation entwickelt hat.
Echtzeit-Beanspruchungsinformationen, die in der Umhausung 419 von der Temperaturmessvorrichtung 440 und von den Leistungsmessvorrichtungen 442 gesammelt werden, können von der PHM Engine 406 zusammen mit im Speicher-Repository 430 gespeicherten Beanspruchungs-Lebensdauer-Modellen verwendet werden, um die nutzbare Lebensdauer des Stromkreisunterbrechers 450 und/oder von Komponenten desselben vorauszusagen. Als weiteres Beispiel kann die PHM Engine 406 bestimmen, ob mindestens ein Stromkreisunterbrecher 450 innerhalb der Umhausung 419 nicht mehr richtig funktioniert, und einen Alarm für eine vorausschauende Instandhaltung erzeugen, die nötige Instandhaltung einplanen, Ersatzteile in einem Bestandsverwaltungssystem reservieren, Ersatzteile bestellen und/oder irgendwelche anderen Funktionen durchführen, um den nicht mehr richtig funktionierenden Stromkreisunterbrecher 450 aktiv zu reparieren oder auszutauschen.
Als weiteres Beispiel kann die PHM Engine 406 den Strom, der durch die lastseitigen Anschlüsse des Stromkreisunterbrechers 450 ausgegeben wird (von den Leistungsmessvorrichtungen 442 gemessen und als gespeicherte Daten 434 gespeichert), kontinuierlich überwachen. Durch Kombinieren der Strom- und Temperaturinformationen kann die PHM Engine 406 einen oder mehrere Algorithmen 433 nutzen, um den Widerstand des Stromkreisunterbrechers 450 abzuleiten. Ein solcher Algorithmus 433 kann ein Modell für Temperatur versus Stromkurve für den Stromkreisunterbrecher 450 sein, wie in den nachstehenden 7 und 8 gezeigt ist. Die resultierende Temperatur-versus-Strom-Kurve kann auf einem Datenblatt für einen Stromkreisunterbrecher basieren. Außerdem oder alternativ dazu kann die resultierende Temperatur-versus-Strom-Kurve automatisch erzeugt und auf Basis der Leistung eines neuen Stromkreisunterbrechers im Laufe der Zeit aktualisiert werden.
Als noch weiteres Beispiel kann die PHM Engine 406 eine Temperatur einer kritischen Komponente (z.B. des Auslösemechanismus) des Stromkreisunterbrechers 450 im Zeitverlauf überwachen (unter Verwendung der Temperaturmessvorrichtungen 440). Die PHM Engine 406 kann die verbliebene Lebensdauer der Komponente des Stromkreisunterbrechers 450 auf Basis von Verschlechterungskurven dieser Komponenten und von Schwellenwerten, die für diese Komponenten aufgestellt wurden, voraussehen.
Die PHM Engine 406 kann auch die Anzahl von Betätigungen des Auslösemechanismus im Zeitverlauf messen und aufzeichnen. Eine Auslösebetätigung kann als gespeicherte Daten 434 im Speicher-Repository 430 gespeichert werden. Jedes Eintreten einer Auslösebetätigung kann als freiwillig herbeigeführtes Ereignis (z.B. wird der Auslösemechanismus von einem Anwender 455 betätigt) oder als unfreiwillig herbeigeführtes Ereignis (z.B. wird der Auslösemechanismus wegen eines Erdschlusses betätigt) aufgezeichnet werden. Die PHM Engine 406 kann ferner die absolute Größe und die Anzahl von Spannungsstößen, denen der Stromkreisunterbrecher 450 im Laufe der Zeit ausgesetzt wird, messen (unter Verwendung der Leistungsmessvorrichtungen 442) und analysieren. Unter Verwendung eines Algorithmus 433 kann die PHM Engine 406 unter Verwendung gespeicherter Daten 443 für den Stromkreisunterbrecher 450 und andere Stromkreisunterbrecher die erwartete nutzbare Lebensdauer des Stromkreisunterbrechers 450 auf Basis eines Schwellenwerts voraussagen.
Die PHM-Engine 406 kann Steuer-, Kommunikations-, und/oder andere ähnliche Signale an den Anwender 455, den Netzmanager 480, die Temperaturmessvorrichtungen 440 und die Leistungsmessvorrichtungen 442 ausgeben. Ebenso kann die PHM-Engine 406 Steuer-, Kommunikations-, und/oder andere ähnliche Signale vom Anwender 455, vom Netzmanager 480, von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Leistungsmessvorrichtungen 442 empfangen. Die PHM Engine 406 kann jede von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Temperaturmessvorrichtungen 442 automatisch (beispielsweise auf Basis eines oder mehrerer Algorithmen 433) und/oder auf Basis von Steuer-, Kommunikations- und/oder anderen, ähnlichen Signalen, die von einer anderen Vorrichtung über eine Kommunikationsverbindung 405 empfangen werden, steuern. Als Beispiel kann die PHM Engine 406 dann, wenn eine Temperaturmessvorrichtung 440 einen Infrarotsensor aufweist, den Infrarotsensor anweisen, sich so zu bewegen, dass mehrere Komponenten (oder Abschnitte davon) vom Infrarotsensor gemessen werden können.
Als noch anderes Beispiel kann die PHM Engine 406 auch eine Überwachung von Vorrichtungen stromabwärts von einem oder mehreren von den Stromkreisunterbrechern 450 durchführen. Infolgedessen kann die PHM-Engine 406 eine Fehlervoraussage und Fehlerursachenanalyse eines Stromkreisunterbrechers 450 und/oder der Vorrichtungen, die über den Stromkreisunterbrecher 450 Leistung empfangen, während einer nachteiligen Bedingung (z.B. eines Erdschlusses) durchführen und analysieren. Wie oben angegeben, fordert der NEC, dass ein Anwender 455 (z.B. ein Elektriker) die Ursache für eine Störung kennt, bevor er einen ausgelösten Stromkreisunterbrecher 450 wieder zurücksetzt. Auf diese Weise ermöglicht die PHM-Engine 406 einem Anwender 455, die Ursache für eine Störung (z.B. eine bestimmte Vorrichtung) zu kennen und dadurch die Notwendigkeit für ein Öffnen der Umhausung 419 zu eliminieren und eine Diagnose innerhalb der Umhausung 419 durchzuführen. Stattdessen kann sich der Anwender 455 auf Basis der Informationen, die von der PHM-Engine 406 bereitgestellt werden, auf die nachgeschalteten Vorrichtungen konzentrieren, die häufig außerhalb der Umhausung 419 liegen. Die PHM Engine 406 kann eine gedruckte Schaltung einschließen, auf welcher der Hardware-Prozessor 420 und/oder eine oder mehrere eigenständige Komponenten der Steuereinrichtung 404 positioniert sind.
In bestimmten Ausführungsformen kann die PHM-Engine 406 der Steuereinrichtung 404 mit einer oder mehreren Komponenten eines Systems, das außerhalb des Systems 400 liegt, kommunizieren, um Prognostizierungen und Evaluierungen des Stromkreisunterbrechers 450 zu fördern. Zum Beispiel kann die PHM Engine 406 mit einem Bestandsverwaltungssystem interagieren, indem sie einen Stromkreisunterbrecher (oder eine oder mehrere Komponenten davon) bestellt, um den Stromkreisunterbrecher 450 (oder eine oder mehrere Komponenten davon), von denen die PHM Engine 406 bestimmt hat, dass sie nicht mehr richtig funktionieren oder dabei sind auszufallen, zu ersetzen. Als weiteres Beispiel kann die PHM Engine 406 durch Planen des Einsatzes eines Wartungsteams zum Reparieren oder Ersetzen des Stromkreisunterbrechers 450 (oder von Abschnitten davon) mit einem Personaleinsatzplanungssystem interagieren, wenn die PHM Engine 406 bestimmt, dass der Stromkreisunterbrecher 450 oder ein Abschnitt davon gewartet oder ersetzt werden muss. Auf diese Weise ist die Steuereinrichtung 404 in der Lage, eine Anzahl von Funktionen über das hinaus durchzuführen, was allgemein als Routineaufgabe angesehen wird.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann die PHM-Engine 406 eine Schnittstelle einschließen, die der PHM Engine 406 eine Kommunikation mit einer oder mehreren Komponenten (z.B. den Temperaturmessvorrichtungen 440) des Stromkreisunterbrechers 450 ermöglicht. Wenn die Temperaturmessvorrichtungen 440 des Stromkreisunterbrechers 450 beispielsweise gemäß der IEC-Norm 62386 arbeiten, dann können die Temperaturmessvorrichtungen 440 eine serielle Kommunikationsschnittstelle aufweisen, die Daten (z.B. gespeicherte Daten 434), die von den Temperaturmessvorrichtungen 440 gemessen werden, überträgt. In einem solchen Fall kann die PHM Engine 406 auch eine serielle Schnittstelle einschließen, um eine Kommunikation mit den Temperaturmessvorrichtungen 440 zu ermöglichen. Eine solche Schnittstelle kann in Verbindung mit oder unabhängig von den Kommunikationsprotokollen 432 arbeiten, die verwendet werden, um zwischen der Steuereinrichtung 404 und dem Anwender 455 und/oder dem Netzmanager 480 zu kommunizieren.
Die PHM Engine 406 (oder andere Komponenten der Steuereinrichtung 404) kann (können) auch eine oder mehrere Hardwarekomponenten und/oder Softwareelemente einschließen, um ihre Funktionen zu erfüllen. Solche Komponenten können unter anderem einen universellen asynchronen Empfänger/Sender (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter, UART), eine serielle periphere Schnittstelle (Serial Peripheral Interface, SPI), eine Direct-Attached Capacity (DAC)-Speichervorrichtung, einen Analog-zu-Digital-Wandler, eine inter-integrierte Schaltung (I²C) und einen Impulsbreitenmodulator (pulse width modulator, PWM) einschließen.
Das Kommunikationsmodul 408 der Steuereinrichtung 404 bestimmt und implementiert das Kommunikationsprotokoll (z.B. aus den Kommunikationsprotokollen 432 des Speicher-Repository 430), das verwendet wird, wenn die PHM Engine 406 mit dem Anwender 455, dem Netzmanager 480, den Temperaturmessvorrichtungen 440 und/oder den Leistungsmessvorrichtungen 442 kommuniziert (z.B. Signale an diese sendet, Signale von diesen empfängt). In manchen Fällen greift das Kommunikationsmodul 408 auf die gespeicherten Daten 434 zu, um zu bestimmen, welches Kommunikationsprotokoll verwendet wird, um mit der Temperaturmessvorrichtung 440 oder der Leistungsmessvorrichtung 442 zu kommunizieren, die den gespeicherten Daten 434 zugeordnet ist. Außerdem kann das Kommunikationsmodul 408 das Kommunikationsprotokoll 432 einer Kommunikation, die von der Steuereinrichtung 404 empfangen wird, interpretieren, so dass die PHM Engine 406 die Kommunikation interpretieren kann.
Das Kommunikationsmodul 408 kann Daten zwischen dem Netzmanager 480 und/oder den Anwendern 450 und der Steuereinrichtung 404 senden und empfangen. Das Kommunikationsmodul 408 kann Daten in einem gegebenen Format, das einem bestimmten Protokoll 432 folgt, senden und/oder empfangen. Die PHM Engine 406 kann das vom Kommunikationsmodul 408 her empfangene Datenpaket unter Verwendung der Informationen aus dem Kommunikationsprotokoll 432, die im Speicher-Repository 430 gespeichert sind, interpretieren. Die PHM Engine 406 kann auch die Datenübertragung zwischen den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Leistungsmessvorrichtungen 442 und dem Netzmanager 480 oder einem Anwender 455 durch Umwandeln der Daten in ein Format, das vom Kommunikationsmodul 408 verstanden wird, ermöglichen.
Das Kommunikationsmodul 408 kann Daten (z.B. Kommunikationsprotokolle 432, Algorithmen 433, gespeicherte Daten 434, Betriebsinformationen, Alarme) direkt an das Speicher-Repository 430 senden und/oder von diesem abrufen. Alternativ dazu kann die PHM Engine 406 die Datenübertragung zwischen dem Kommunikationsmodul 408 und dem Speicher-Repository 430 erleichtern. Das Kommunikationsmodul 408 kann auch eine Verschlüsselung von Daten, die von der Steuereinrichtung 404 gesendet werden, und eine Entschlüsselung von Daten, die an der Steuereinrichtung 404 empfangen werden, bereitstellen. Das Kommunikationsmodul 408 kann auch einen oder mehrere einer Anzahl anderer Dienste mit Bezug auf Daten bereitstellen, die vom PHM-System 404 gesendet und empfangen werden. Solche Dienste können unter anderem Datenpaket-Routinginformationen und Abläufe, die im Falle einer Datenunterbrechung einzuhalten sind, einschließen.
Die Echtzeituhr 410 der Steuereinrichtung 404 kann eine Uhrzeit, Zeitintervalle, eine Zeitspanne und/oder irgendeine andere Zeitmessung nachverfolgen. Die Echtzeituhr 410 kann auch die Häufigkeit eines Ereignisses zählen, und zwar mit oder ohne Bezug auf die Zeit. Alternativ dazu kann die PHM Engine 406 die Zählfunktion durchführen. Die Echtzeituhr 410 ist in der Lage, mehrere Zeitmessungen gleichzeitig zu verfolgen. Die Echtzeituhr 410 kann Zeitspannen auf Basis eines von der PHM Engine 406 empfangenen Befehls, auf Basis eines Befehls, der vom Anwender 455 empfangen wird, auf Basis eines Befehls, der in der Software der Steuereinrichtung 404 programmiert ist, auf Basis irgendeiner anderen Bedingung oder von irgendeiner anderen Komponente oder von irgendeiner Kombination davon nachverfolgen.
Die Echtzeituhr 410 kann dafür ausgelegt sein, eine Zeit zu verfolgen, zu der keine Leistung an die Steuereinrichtung 404 geliefert wird, beispielsweise unter Verwendung eines Superkondensators oder einer Notstromversorgung aus einer Batterie. In einem solchen Fall kann die Echtzeituhr 410 jeden Aspekt der Zeit an die Steuereinrichtung 404 übermitteln, wenn die Leistungsabgabe an die Steuereinrichtung 404 wieder aufgenommen wird. In einem solchen Fall kann die Echtzeituhr 410 eine oder mehrere von einer Anzahl von Komponenten (z.B. einen Superkondensator, eine integrierte Schaltung) einschließen, um diese Funktionen durchzuführen.
Das Leistungsmodul 412 der Steuereinrichtung 404 gibt Leistung an eine oder mehrere Komponenten der Steuereinrichtung 404 aus (z.B. die PHM Engine 406, die Echtzeituhr 410, die PHM Engine 406). Das Leistungsmodul 412 kann eine oder mehrere einer Anzahl einzelner oder mehrfacher diskreter Komponenten (z.B. einen Transistor, eine Diode, einen Widerstand) und/oder einen Mikroprozessor einschließen. Das Leistungsmodul 412 kann eine gedruckte Schaltung einschließen, auf welcher der Mikroprozessor und/oder eine oder mehrere eigenständige Komponenten positioniert sind. In manchen Fällen können die Leistungsmessvorrichtungen 442 ein oder mehrere Elemente einer Leistung, die in das, aus dem und/oder in dem Leistungsmodul 412 der Steuereinrichtung 404 fließt, messen. Das Leistungsmodul 412 kann Leistung von einer Leistungsquelle empfangen, die außerhalb des Systems 400 liegt. Solche externen Leistungsquellen können verwendet werden, um Leistung für die Stromkreisunterbrecher 450 bereitzustellen.
Das Leistungsmodul 412 kann eine oder mehrere Komponenten (z.B. einen Transformator, eine Diodenbrücke, einen Wechselrichter, einen Wandler) einschließen, die Leistung von einer Quelle außerhalb der Umhausung 419 (beispielsweise über ein elektrisches Kabel) empfangen und Leistung einer Art (z.B. Wechselstrom, Gleichstrom) und Stärke (z.B. 12V, 24V, 420V), die von den anderen Komponenten der Benutzeroberflächenbaugruppe 499 und/oder innerhalb der Umhausung 419 verwendet werden kann, erzeugen. Das Leistungsmodul 412 kann eine geschlossene Regelschleife verwenden, um eine vorkonfigurierte Spannung oder einen vorkonfigurierten Strom mit einer geringen Toleranz am Ausgang aufrechtzuerhalten. Das Leistungsmodul 412 kann auch manche oder alle von den übrigen Teilen der Elektronik (z.B. den Hardware-Prozessor 420, den Transceiver 424) in der Umhausung 419 vor Spannungsstößen schützen, die in der Leitung erzeugt werden.
Außerdem oder alternativ dazu kann das Leistungsmodul 412 selbst eine Leistungsquelle sein, um Signale an die anderen Komponenten der Steuereinrichtung 404 und/oder die Temperaturmessvorrichtungen 440 zu liefern. Zum Beispiel kann das Leistungsmodul 412 eine Batterie sein. Als weiteres Beispiel kann das Leistungsmodul 412 ein lokales photovoltaisches Leistungssystem sein. Das Leistungsmodul 412 kann in den zugeordneten Komponenten des Leistungsmoduls 412 (z.B. Transformatoren, Opto-Kopplern, Strom- und Spannungsbegrenzungsvorrichtungen) ausreichend isoliert sein, damit das Leistungsmodul 412 für die Bereitstellung von Leistung für eine eigensichere Schaltung zertifiziert werden kann.
In bestimmten Ausführungsbeispielen kann das Leistungsmodul 412 der Steuereinrichtung 404 auch Leistungs- und/oder Steuersignale direkt oder indirekt an eine oder mehrere von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und/oder eine oder mehrere von den Leistungsmessvorrichtungen 442 ausgeben. In einem solchen Fall kann die PHM Engine 406 die Leistung, die vom Leistungsmodul 412 erzeugt wird, auf die Leistungsmessvorrichtungen 442 und/oder die Temperaturmessvorrichtungen 440 richten. Auf diese Weise kann Leistung dadurch gespart werden, dass Leistung an das Leistungsmessvorrichtungen 442 und/oder die Temperaturmessvorrichtungen 440 geschickt wird, wenn diese Vorrichtungen Leistung benötigen, wie von der PHM Engine 406 bestimmt wird.
Der Hardware-Prozessor 420 der Steuereinrichtung 404 führt Software, Algorithmen (z.B. Algorithmen 433) und Firmware gemäß einem oder mehreren Ausführungsbeispielen aus. Genauer kann der Hardware-Prozessor 420 Software auf der PHM Engine 406 oder irgendeinem anderen Teil der Steuereinrichtung 404 ebenso wie Software, die vom Anwender 455 und vom Netzmanager 480 verwendet wird, ausführen. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen kann der Hardware-Prozessor 420 eine integrierte Schaltung, eine zentrale Verarbeitungseinheit, ein mehrkerniger Prozessor-Chip, ein SoC, ein Multi-Chip-Modul einschließlich mehrerer mehrkerniger Verarbeitungs-Chips oder irgendein anderer Hardware-Prozessor sein. Der Hardware-Prozessor 420 kann auch anders bezeichnet werden, unter anderem als Computer-Prozessor, als Mikroprozessor und als mehrkerniger Prozessor.
In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen führt der Hardware-Prozessor 420 Software-Befehle aus, die im Arbeitsspeicher 422 gespeichert sind. Der Arbeitsspeicher 422 beinhaltet einen oder mehrere Cache-Speicher, einen Hauptspeicher und/oder irgendeine andere geeignete Art von Arbeitsspeicher. Der Speicher 422 kann einen flüchtigen und/oder einen nicht-flüchtigen Speicher beinhalten. Gemäß manchen Ausführungsbeispielen ist der Arbeitsspeicher 422 in Bezug auf den Hardware-Prozessor 420 abgegrenzt innerhalb der Steuereinrichtung 404 angeordnet. In bestimmten Gestaltungen kann der Arbeitsspeicher 422 in den Hardware-Prozessor 420 integriert sein.
In bestimmten Ausführungsbeispielen weist die Steuereinrichtung 404 keinen Hardware-Prozessor 420 auf. In einem solchen Fall kann die Steuereinrichtung 404 beispielsweise eine oder mehrere im Feld programmierbare Gatteranordnungen (field programmable gate arrays, FPGAs), eine oder mehrere Bipolartransistoren mit isolierter Gate-Elektrode (insulated-gate bipolar transistors, IGBTs) eine oder mehrere integrierte Schaltungen (integrated circuits, ICs) einschließen. Durch die Verwendung von FPGAs, IGBTs, ICs und anderen ähnlichen Vorrichtungen, die in der Technik bekannt sind, kann die Steuereinrichtung 404 (oder können Teile davon) programmiert werden und gemäß bestimmten logischen Regeln und Schwellenwerten ohne die Verwendung eines Hardware-Prozessors funktionieren. Alternativ dazu können FPGAs, IGBTs, ICs und/oder andere Vorrichtungen in Verbindung mit einem oder mehreren Hardware-Prozessoren 420 verwendet werden.
Der Transceiver 424 der Steuereinrichtung 404 kann Steuer- und/oder Kommunikationssignale senden und/oder empfangen. Genauer kann der Transceiver 424 verwendet werden, um Daten zwischen der Steuereinrichtung 404 und dem Anwender 455 und dem Netzmanager 480 zu übertragen. Der Transceiver 424 kann eine kabelgebundene und/oder kabellose Technologie verwenden. Der Transceiver 424 kann auf solche Weise gestaltet sein, dass die Steuer- und/oder Kommunikationssignale, die vom Transceiver 424 gesendet und/oder empfangen werden, von einem anderen Transceiver empfangen und/oder gesendet werden können, der Teil des Anwenders 455 und/oder des Netzmanagers 480 ist. Der Transceiver 424 kann beliebige von einer Anzahl von Signaltypen verwenden, unter anderem Funksignale.
Wenn der Transceiver 424 eine kabellose Technologie verwendet, kann beim Senden und Empfangen von Signalen jede Art von kabelloser Technologie vom Transceiver 424 verwendet werden. Eine solche kabellose Technologie kann unter anderem WiFi, Kommunikation mit sichtbarem Licht, Mobilnetze und Bluetooth einschließen. Der Transceiver 424 kann beim Senden und/oder Empfangen von Signalen eines oder mehrere einer beliebigen Zahl geeigneter Kommunikationsprotokolle (z.B. ISA100, HART) verwenden. Solche Kommunikationsprotokolle können in den Kommunikationsprotokollen 432 des Speicher-Repository 430 gespeichert werden. Ferner können Transceiver-Informationen für den Anwender 455 und/oder den Netzmanager 480 Teil der gespeicherten Daten 434 (oder ähnlicher Bereiche) des Speicher-Repository 430 sein.
Optional sichert in einem oder mehreren Ausführungsbeispielen das Sicherheitsmodul 428 Interaktionen zwischen der Steuereinrichtung 404, dem Anwender 455 und/oder dem Netzmanager 480. Genauer authentifiziert das Sicherheitsmodul 428 eine Kommunikation von Software auf Basis von Sicherheitsschlüsseln, welche die Identität der Quelle der Kommunikation verifizieren. Zum Beispiel kann die Anwender-Software mit einem Sicherheitsschlüssel assoziiert ein, der eine Interaktion des Anwenders 455 mit der Steuereinrichtung 404 ermöglicht. Ferner kann das Sicherheitsmodul 428 in manchen Ausführungsbeispielen den Empfang von Informationen beschränken und Informationen und/oder einen Zugang zu Informationen anfordern.
5 zeigt eine Ausführungsform einer Rechenvorrichtung 518, die eine oder mehrere der verschiedenen hierin beschriebenen Techniken implementiert und die im Ganzen oder in Teilen für die hierin beschriebenen Elemente steht, die bestimmten Ausführungsbeispielen entsprechen. Die Rechenvorrichtung 518 ist ein Beispiel für eine Rechenvorrichtung und soll keine Beschränkung des Anwendungsbereichs oder der Funktionalität der Rechenvorrichtung und/oder ihrer möglichen Architekturen bedeuten. Auch sollte die Rechenvorrichtung 518 nicht so interpretiert werden, als bestünde bei ihr irgendeine Abhängigkeit oder Notwendigkeit in Bezug auf irgendeine der in der Beispielsrechenvorrichtung 518 dargestellten Komponenten oder Kombinationen davon.
Die Rechenvorrichtung 518 weist eine(n) oder mehrere Prozessoren oder Verarbeitungseinheiten 514, eine oder mehrere Arbeitsspeicher- bzw. Memory-/Speicherkomponenten 515, eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe(I/O)-Vorrichtungen 516 und einen Bus 517 auf, der den verschiedenen Komponenten und Vorrichtungen eine gegenseitige Kommunikation ermöglicht. Der Bus 517 stellt eine oder mehrere von mehreren Arten von Busstrukturen dar, einschließlich eines Memory-Busses oder eines Memory-Controllers, eines peripheren Busses, eines Accelerated Graphics Port und eines Prozessors oder eines lokalen Busses, der irgendeine von verschiedenen Busarchitekturen verwendet. Der Bus 517 schließt kabelgebundene und/oder kabellose Busse ein.
Die Memory-/Speicherkomponente 515 stellt ein oder mehrere Computer-Speichermedien dar. Die Memory-/Speicherkomponente 515 schließt flüchtige Medien (wie einen Schreib-/Lesespeicher (RAM) und/oder nichtflüchtige Medien (wie einen Nur-Lesespeicher (ROM), einen Flash-Speicher, optische Laufwerke, Magnetlaufwerke und so weiter) ein. Die Memory-/Speicherkomponente 515 schließt fest installierte Medien (z.B. RAM, ROM, eine fest installierte Festplatte usw.) ebenso wie Wechselmedien (z.B. einen Flash-Arbeitsspeicher, eine Wechselfestplatte, eine optische Festplatte und so weiter) ein.
Eine oder mehrere I/O-Vorrichtungen 516 ermöglichen einem Kunden, einem Dienstprogramm oder einem anderen Anwender, Befehle und Informationen in die Rechenvorrichtung 518 einzugeben, und ermöglichen auch die Anzeige von Informationen gegenüber dem Kunden, dem Dienstprogramm oder dem anderen Anwender und/oder anderen Komponenten oder Vorrichtungen. Beispiele für Eingabevorrichtungen schließen unter anderem eine Tastatur, eine Cursor-Steuervorrichtung (z.B. eine Maus, ein Mikrofon, einen Touchscreen und einen Scanner ein. Beispiele für Ausgabevorrichtungen schließen unter anderem eine Anzeigevorrichtung (z.B. einen Monitor oder einen Projektor), Lautsprecher, Ausgaben an ein Beleuchtungsnetz (z.B. eine DMX-Karte), einen Drucker und eine Netzkarte ein.
Hierin werden verschiedene Techniken im allgemeinen Kontext von Software oder Programmmodulen beschrieben. Allgemein schließt Software Routinen, Programme, Objekte, Komponenten, Datenstrukturen und dergleichen ein, die bestimmte Aufgaben durchführen oder bestimmte abstrakte Datentypen implementieren. Eine Implementierung dieser Module und Techniken wird auf irgendeiner Form von computerlesbaren Medien gespeichert oder wird über diese übertragen. Zu computerlesbaren Medien gehört jedes verfügbare nichtflüchtige Medium oder nichtflüchtige Medien, das bzw. die für eine Rechenvorrichtung zugänglich ist. Beispielsweise, aber ohne dass dies eine Beschränkung darstellt, schließen computerlesbare Medien „Computer-Speichermedien“ ein.
„Computer-Speichermedien“ und „computerlesbares Medium“ beinhalten sowohl flüchtige als auch nichtflüchtige, sowohl wechselfähige als auch nicht-wechselfähige Medien, die in Verfahren oder Technologien zur Speicherung von Informationen wie beispielsweise computerlesbaren Befehlen, Datenstrukturen, Programmmodulen oder anderen Daten implementiert sind. Computer-Speichermedien beinhalten unter anderem computerbeschreibbare Medien wie RAM-, ROM-, EEPROM-, Flash-Memory- oder andere Memory-Technologie, CD-ROM, Digital Versatile Disks (DVD) oder andere optische Speicher, Magnetkassetten, Magnetband, Magnetplattenspeicher oder andere magnetische Speichervorrichtungen oder jedes andere Medium, das verwendet werden kann, um die gewünschten Informationen zu speichern und das für einen Computer zugänglich ist.
Die Computervorrichtung 518 ist gemäß manchen Ausführungsbeispielen über eine Netzschnittstellenverbindung (nicht gezeigt) mit einem Netz (nicht gezeigt) (z.B. einem lokalen Netz (LAN), einem Weitbereichsnetz (Wide Area Network, WAN), beispielsweise dem Internet, der Cloud oder irgendeiner anderen, ähnlichen Art von Netz) verbunden. Der Fachmann wird erkennen, dass viele unterschiedliche Arten von Computersystemen existieren (z.B. Desktop-Computer, ein Laptop-Computer, ein persönliches Mediengerät, eine mobile Vorrichtung, beispielsweise ein Mobiltelefon oder ein persönlicher digitaler Assistent oder irgendein anderes Computersystem, das in der Lage ist, computerlesbare Befehle auszuführen), und dass die oben genannten Eingabe- und Ausgabeeinrichtungen in anderen Ausführungsbeispielen andere Formen haben können, die heute nicht bekannt sind oder die erste noch entwickelt werden. Allgemein gesprochen weist das Computersystem 518 zumindest die minimalen Verarbeitungs-, Eingabe- und/oder Ausgabeeinrichtungen auf, die nötig sind, um eine oder mehrere Ausführungsformen in die Praxis umzusetzen.
Ferner wird der Fachmann erkennen, dass in bestimmten Ausführungsbeispielen ein oder mehrere Elemente der oben genannten Computervorrichtung 518 an einem abseits gelegenen Ort angeordnet und über ein Netz mit den anderen Elementen gekoppelt ist bzw. sind. Ferner wird eine bzw. werden mehrere Ausführungsformen auf einem verteilten System verwirklicht, das einen oder mehrere Knoten aufweist, wobei jeder Abschnitt der Implementierung (z.B. die PHM-Engine 106) auf einem anderen Knoten in dem verteilten System liegt. In einer oder mehreren Ausführungsformen entspricht der Knoten einem Computersystem. Alternativ dazu entspricht der Knoten in manchen Ausführungsbeispielen einem Prozessor mit einem zugehörigen physischen Speicher. Der Knoten entspricht in manchen Ausführungsbeispielen alternativ dazu einem Prozessor mit gemeinsamem Arbeitsspeicher und/oder gemeinsamen Ressourcen.
6 zeigt eine Temperaturmessvorrichtung 640 und eine entsprechende Ausgabe 641, die mit Ausführungsbeispielen verwendet wird. In diesem Fall ist die Temperaturmessvorrichtung 640 ein Infrarotsensor und die Ausgabe 641 ist eine thermische Anzeige, welche die Stärke von Wärmesignaturen auf Basis der Messwerte des Infrarotsensors angibt.
Die 7 und 8 zeigen Graphen auf Basis eines Algorithmus für die Überwachung des Zustands eines Stromkreisunterbrechers gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen. Genauer zeigen die 7 und 8 Graphen von Temperatur gegen Strom. Es wird auf die 1-8 Bezug genommen, wo der Graph 770 von 7 eine Kurve 773 zeigt, die ein kontinuierlicher Plot der Temperatur 772 gegen den Strom 771 für einen Stromkreisunterbrecher 450 ist. Die Kurve 773 wird von einem Algorithmus 433, der von der PHM-Engine 406 berechnet wird, auf Basis von Datenpunkten 774 (im Speicher-Repository 430 als gespeicherte Daten 432 gespeichert) erzeugt, die von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Leistungsmessvorrichtungen 442 im Zeitverlauf gemessen werden (gemessen von der Echtzeituhr 410). In diesem Fall ist die Kurve 773 ein Best-Fit-Plot auf Basis der Datenpunkte 774. Die Datenpunkte 774 können für einen bestimmten Stromkreisunterbrecher 450 und/oder für eine Anzahl von Stromkreisunterbrechern sein, von denen bestimmt wird, dass sie eine oder mehrere gemeinsame Eigenschaften aufweisen.
In manchen Fällen kann es sein, dass die Datenpunkte 775 nicht richtig auf die vom Algorithmus 433 erzeugte Kurve 773 passen. In einem solchen Fall kann die PHM-Engine 406 einen Alarm erzeugen, um einen Anwender 455 darüber zu benachrichtigen, dass ein Problem mit der Genauigkeit einer oder mehrerer Temperaturmessvorrichtungen 440 und/oder Leistungsmessvorrichtungen 442 bestehen kann. Alternativ dazu kann die PHM-Engine 406 in einem Fall, wo die Temperaturmessvorrichtungen 440 und die Leistungsmessvorrichtungen 442 ordnungsgemäß arbeiten, den Algorithmus 433 ändern, um neue, exakte Datenpunkte 775 zu berücksichtigen. Infolgedessen kann die Kurve 773 geändert werden.
Der Graph 890 von 8 zeigt zwei Kurven (Kurve 893 und Kurve 895), die kontinuierliche Plots von Stimulus 891 gegen Wahrscheinlichkeit 892 sind. Die Kurve 893 wird von einem Algorithmus 433, der von der PHM-Engine 406 berechnet wird, auf Basis von Datenpunkten 894 (im Speicher-Repository 430 als gespeicherte Daten 432 gespeichert) erzeugt, die von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Leistungsmessvorrichtungen 442 im Zeitverlauf gemessen werden (gemessen von der Echtzeituhr 410). In diesem Fall ist die Kurve 893 ein Best-Fit-Plot auf Basis der Datenpunkte 894. Ebenso wird die Kurve 895 von einem Algorithmus 433, der von der PHM-Engine 406 berechnet wird, auf Basis von Datenpunkten 896 (im Speicher-Repository 430 als gespeicherte Daten 432 gespeichert) erzeugt, die von den Temperaturmessvorrichtungen 440 und den Leistungsmessvorrichtungen 442 im Zeitverlauf gemessen werden (gemessen von der Echtzeituhr 410). In diesem Fall ist die Kurve 895 ein Best-Fit-Plot auf Basis der Datenpunkte 896.
In bestimmten Abständen (z.B. jede Woche, jeden Monat, nach jeder Betätigung des Stromkreisunterbrechers 450), kann die PHM-Engine 406 die Genauigkeit eines oder mehrerer Algorithmen 433 evaluieren und einen Algorithmus 433 anpassen, wenn nötig. Zum Beispiel kann eine Kurve (z.B. die Kurve 893) mit einer Bezugskurve (z.B. der Kurve 895) unter einem Closeness-to-Fit-Algorithmus 433 (z.B. Chi-Quadrat, Kolmogorov-Smirnov) verglichen werden. Falls die Kurven nicht korrelieren, kann die PHM-Engine 406 dem Anwender 455 berichten, dass der Stromkreisunterbrecher 450 ausfällt. Das Ausmaß der Verschlechterung des Stromkreisunterbrechers 450 kann aus der Abweichung zwischen den beiden Kurven abgeleitet werden.
9 zeigt ein System 900 zum Überwachen von Stromkreisunterbrechern gemäß bestimmten Ausführungsbeispielen. Wie in den 1-9 dargestellt ist, weist das System 900 von 9 genauer eine Umhausung 919 auf, die der Umhausung 119 der obigen 1 ähnlich ist. Zum Beispiel nimmt die Umhausung 919 von 9 eine offene Stellung ein (d.h. die Umhausungsabdeckung (nicht gezeigt) ist vom Umhausungskörper 952 getrennt). Die Umhausung 919 ist in einer äußeren Umgebung 911 angeordnet (z.B. im Freien, in einer gefährlichen Umgebung). Die Umhausungsabdeckung kann durch eine Anzahl von Befestigungsvorrichtungen (nicht gezeigt), die in einer Anzahl von Öffnungen 954 um den Umfang einer Umhausungsanlagefläche (nicht gezeigt) der Umhausungsabdeckung (auch als Flansch bezeichnet) und um den Umfang der Umhausungsanlagefläche 908 des Umhausungskörpers 952 (auch als Flansch 908 bezeichnet) angeordnet sind, am Umhausungskörper 952 gesichert werden.
Wenn die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 952 in Bezug aufeinander die geschlossene Position einnehmen, liegt die Umhausungsanlagefläche 908 des Umhausungskörpers 952 an der Umhausungsanlagefläche der Umhausungsabdeckung an. Wenn die Umhausung 919 wie in diesem Fall eine explosionssichere Umhausung ist, ist eine Flammenbahn zwischen der Umhausungsanlagefläche 908 des Umhausungskörpers 952 und der Umhausungsanlagefläche der Umhausungsabdeckung ausgebildet. Der Umhausungskörper bildet einen Hohlraum 907, in dem eine oder mehrere Komponenten (z.B. Stromkreisunterbrecher 950, elektrische Kabel 909, ein Beispiels-PHM-System 999) angeordnet sind. Wenn die Umhausungsabdeckung und der Umhausungskörper 952 in Bezug aufeinander die geschlossene Position einnehmen, dann ist der Hohlraum 907 im Wesentlichen umschlossen.
Eine Befestigungsvorrichtung kann eine oder mehrere von einer Anzahl von Befestigungsvorrichtungen sein, unter anderem ein Bolzen (der mit einer Mutter verbunden sein kann), eine Schraube, die mit einer Mutter verbunden sein kann) und eine Klemme. Außerdem kann mindestens ein optionales Scharnier 956 an einer Seite der Umhausungsabdeckung und einer entsprechenden Seite des Umhausungskörpers 952 befestigt sein, so dass dann, wenn alle Befestigungsvorrichtungen entfernt werden, wie in 9 dargestellt ist, die Umhausungsabdeckung mittels des mindestens einen Scharniers 956 vom Umhausungskörper 952 weg nach außen (d.h. in eine offene Stellung) schwingen kann. In einem oder mehreren Ausführungsbeispielen gibt es keine Scharniere, und die Umhausungsabdeckung kann vollständig vom Umhausungskörper 952 getrennt werden, wenn alle Befestigungsvorrichtungen entfernt werden.
Wie oben angegeben, sind eine Anzahl von Komponenten innerhalb des Hohlraums 907 der Umhausung 919 angeordnet. Zum Beispiel sind in diesem Fall eine Anzahl von Stromkreisunterbrechern 950, elektrischen Kabeln 909 und einem Beispiel für ein PHM-System 999 innerhalb des Hohlraums 907 angeordnet. Eigenständige Komponenten des PHM-Systems 999, die innerhalb des Hohlraums 907 von 9 angeordnet sind, sind die Steuereinrichtung 904, das Leistungsmodul 912, zwei Temperaturmessvorrichtungen 940 und zwei Leistungsmessvorrichtungen 942. Eine Temperaturmessvorrichtung 940-1 und eine Leistungsmessvorrichtung 942-1 sind entlang des oberen Endes des Hohlraums 907 in der Nähe der Gruppierung kleinerer Stromkreisunterbrecher 950-1 angeordnet, und die andere Temperaturmessvorrichtung 940-2 und die Leistungsmessvorrichtung 942-2 sind entlang der unteren linken Seite des Hohlraums 907 in der Nähe des relativ großen Stromkreisunterbrechers 950-2 angeordnet. Auf diese Weise können die Temperaturmessvorrichtung 940-1 und eine Leistungsmessvorrichtung 942-1 einen oder mehrere Parameter messen, die mit der Gruppierung von Stromkreisunterbrechern 950-1 assoziiert sind, und die Temperaturmessvorrichtung 940-2 und die Leistungsmessvorrichtung 942-2 können einen oder mehrere Parameter messen, die mit dem Stromkreisunterbrecher 950-2 assoziiert sind.
Ausführungsbeispiele können Vorausberechnungen der restlichen nutzbaren Lebensdauer eines Stromkreisunterbrechers oder von Komponenten davon auf Basis tatsächlicher Echtzeitdaten sowohl von einem bestimmten Stromkreisunterbrecher als auch von einem Pool von Stromkreisunterbrechern, die im Zeitverlauf evaluiert werden, erzeugen. Ausführungsbeispiele können das Versagen eines Stromkreisunterbrechers (oder von Komponenten davon) voraussagen, um die Sicherheit industrieller Umgebungen, in denen der Stromkreisunterbrecher angeordnet wird, zu verbessern. In manchen Fällen können Ausführungsbeispiele aufgrund von gemessenen Informationen (z.B. einem Temperaturanstieg im Zeitverlauf, Nutzungskennwerten) voraussagen, wann ein drohender Ausfall auftreten könnte. Ausführungsbeispiele tragen auch dazu bei, eine effiziente Zuordnung von Wartungsressourcen innerhalb einer Anlage sicherzustellen. Ausführungsbeispiele können einem Anwender ferner Optionen für die Verlängerung der Nutzungsdauer eines Stromkreisunterbrechers oder von Komponenten derselben bereitstellen.
Auch wenn Ausführungsformen hierin unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele beschrieben wurden, wird der Fachmann erkennen, dass verschiedene Modifikationen durchaus im Bereich und Gedanken der Offenbarung liegen. Der Fachmann wird erkennen, dass die hierin beschriebenen Ausführungsbeispiele nicht auf irgendeine speziell erörterte Anwendung beschränkt sind und dass die hierin beschriebenen Ausführungsformen erläuternd, aber nicht beschränkend sind. Aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele werden sich einem Fachmann Äquivalente der hierin gezeigten Elemente von selbst erschließen, und Methoden zum Konstruieren anderer Ausführungsformen unter Verwendung der vorliegenden Offenbarung werden sich Fachleuten von selbst erschließen. Daher ist der Bereich der Ausführungsbeispiele hierin nicht beschränkt.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 62/271777 [0001]

Claims

System, umfassend: mindestens einen Stromkreisunterbrecher; ein Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(PHM)-System, das umfasst: mindestens eine Messvorrichtung, die mindestens einen Parameter misst, der mit dem mindestens einen Stromkreisunterbrecher assoziiert ist; und eine Steuereinrichtung, die Messungen empfängt, die von der mindestens einen Messvorrichtung durchgeführt werden, und die die Messungen analysiert, um eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers zu evaluieren, wobei die Messungen durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.
System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Parameter mindestens einen umfasst, der ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Strom und einer Temperatur.
System nach Anspruch 2, wobei dann, wenn der mindestens eine Parameter die Temperatur ist, die mindestens eine Messvorrichtung, welche die Temperatur misst, mindestens eine ist, die ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus einem Thermoelement, einem Thermistor und einem Infrarotsensor.
System nach Anspruch 3, wobei die mindestens eine Messvorrichtung für den Fall, dass der mindestens eine Parameter die Temperatur ist, auf den mindestens einen Stromkreisunterbrecher gerichtet ist, um die Temperatur zu messen.
System nach Anspruch 2, wobei der Strom durch den mindestens einen Stromkreisunterbrecher fließt.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung mindestens einen Algorithmus mit den Messungen verwendet, um zu bestimmen, ob der mindestens eine Stromkreisunterbrecher ausfällt.
System nach Anspruch 6, wobei die Steuereinrichtung unter Verwendung eines Hardware-Prozessors arbeitet.
System nach Anspruch 1, wobei die Messungen gespeichert und mit mehreren älteren Messungen verglichen werden.
System nach Anspruch 8, wobei die Steuereinrichtung den mindestens einen Algorithmus im Zeitverlauf auf Basis der Messungen in Bezug auf Daten anpasst, die während einer Prüfung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers gesammelt werden.
System nach Anspruch 1, wobei die Steuereinrichtung eine Kommunikation an einen Anwender sendet, wobei die Kommunikation mit einer Evaluierung der Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers assoziiert ist.
System nach Anspruch 10, wobei die Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers umfasst, dass mindestens eine Vorrichtung Leistung durch den mindestens einen Stromkreisunterbrecher empfängt.
System nach Anspruch 1, wobei der mindestens eine Stromkreisunterbrecher und mindestens ein Abschnitt des PHM-Systems innerhalb eines Hohlraums einer Umhausung angeordnet sind.
System nach Anspruch 12, wobei die Umhausung eine explosionssichere Umhausung ist.
System nach Anspruch 1, ferner umfassend: einen Netzmanager, der kommunikationstechnisch mit der Steuereinrichtung gekoppelt ist, wobei der Netzmanager Befehle an die Steuereinrichtung sendet.
System nach Anspruch 14, wobei das PHM-System ferner einen Transceiver umfasst, um Mitteilungen zwischen der Steuereinrichtung und dem Netzmanager zu ermöglichen.
Prognose- und Funktionsfähigkeitsüberwachungs(PHM)-System, umfassend: mindestens eine Messvorrichtung, die dafür ausgelegt ist, mindestens einen Parameter zu messen, der mit mindestens einem Stromkreisunterbrecher assoziiert ist; und eine Steuereinrichtung, die dafür ausgelegt ist, Messungen zu empfangen, die von der mindestens einen Messvorrichtung durchgeführt werden, und die Messungen zu analysieren, um eine Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers zu evaluieren, wobei die Messungen durchgeführt werden, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.
PHM-System nach Anspruch 16, wobei die mindestens eine Messvorrichtung eine Temperaturmessvorrichtung umfasst.
PHM-System nach Anspruch 16, wobei die mindestens eine Messvorrichtung eine Leistungsmessvorrichtung umfasst.
PHM-System nach Anspruch 16, ferner umfassend: ein Speicher-Repository zum Speichern der Messungen und mindestens eines Algorithmus zum Analysieren der Messungen; und einen Hardware-Prozessor zum Durchführen von Berechnungen unter Verwendung des mindestens einen Algorithmus.
Steuereinrichtung zum Evaluieren einer Arbeitsleistung mindestens eines Stromkreisunterbrechers, wobei die Steuereinrichtung umfasst: einen Speicher, der mehrere Befehle umfasst; einen Hardware-Prozessor, der die mehreren Befehle ausführt; und eine Control Engine, welche die mehreren Befehlen befolgt durch: Empfangen einer Messung von mindestens einer Messvorrichtung, wobei die Messung mit mindestens einen Stromkreisunterbrecher assoziiert ist; Analysieren der Messung im Kontext mindestens eines Algorithmus; und Bestimmen einer Arbeitsleistung des mindestens einen Stromkreisunterbrechers auf Basis einer Analyse der Messung, wobei die Messung durchgeführt wird, während der mindestens eine Stromkreisunterbrecher in Betrieb ist.